先进的高温电解-将水分解成氢气储存能量

时间:2020-04-22 17:16 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

先进的高温电解-将水分解成氢气储存能量

虽然风能和太阳能等能源在生产无排放电力方面做得很好,但它们依赖于太阳能和风能,因此供应并不总是能满足需求。同样,核电站以最大容量运行时效率更高,因此发电不容易根据需求增加或减少。

几十年来,能源研究人员一直试图解决一个重大挑战:如何储存多余的电力,以便在需要的时候将其释放回电网?

最近,爱达荷国家实验室(Idaho National Laboratory)的研究人员通过开发一种用于电化学电池的新电极材料,帮助解决了这一难题。这种电池可以有效地将多余的电和水转化为氢。当电力需求增加时,电化学电池是可逆的,将氢转化为电力供应电网。氢还可以作为燃料用于取暖、车辆或其他用途。

研究结果发表在本周的《自然通讯》(Nature Communications)杂志网络版上。

INL的高级工程师/科学家和化学处理组负责人Dong Ding说,研究人员早就认识到氢作为能量存储介质的潜力。

丁说:“能源储存的巨大挑战及其多样化的研究和开发需求,为氢提供了更多的机会。”“我们的目标是将氢作为有效储存能量的能源中间体。”

丁和他的同事改进了一种叫做质子陶瓷电化学电池(PCEC)的电化学电池,这种电池利用电将蒸汽分解成氢和氧。

然而,在过去,这些设备有局限性,尤其是它们在高达800摄氏度的高温下工作。高温需要昂贵的材料,导致降解速度加快,使得电化学电池的成本高得令人望而却步。

在这篇论文中,丁和他的同事们描述了一种新的氧电极材料——同时促进水分解和氧还原反应的导体。与大多数电化学电池不同的是,这种新材料——一种叫做钙钛矿化合物的氧化物——允许电池将氢和氧转化为电能,而不需要额外的氢。

在此之前,丁和他的同事们为电极开发了一种三维网状结构,使得更多的表面积可以将水分解成氢和氧。这两种技术——3d网状电极和新型电极材料——可以在400到600摄氏度的温度下进行自我持续、可逆的操作。

丁说:“我们证明了PCEC在如此低的温度下进行可逆操作的可行性,可以在不需要任何外部氢供应的情况下,将水解生成的氢转化为电力,实现自我维持运行。”“这是高温电解的一大步。”

丁说,过去的氧电极只传导电子和氧离子,而新的钙钛矿是“三重传导”,也就是说它传导电子、氧离子和质子。在实际应用中,三导电极意味着反应发生得更快、更有效,因此可以在保持良好性能的同时降低操作温度。

对于丁和他的同事们来说,关键在于找到如何将这种元素添加到钙钛矿电极材料中,从而使其具有三重导电性能——这个过程被称为掺杂。爱达荷州国家实验室化学处理组的材料科学家和工程师丁汉平(音)说:“我们成功地证明了一种有效的掺杂策略,以开发出一种良好的三导氧化物,它能使细胞在较低的温度下保持良好的性能。”

在未来,董丁和他的同事们希望通过将材料创新与前沿制造工艺相结合,继续改进电化学电池,使该技术可以用于工业规模。

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