綠色氫不再昂貴？新型“陰離子交換膜”有望使電解過(guò)程無(wú)需貴金屬

        財聯(lián)社上海2月7日訊：眾所周知，電解是降低綠色氫成本的關(guān)鍵。近期，一個(gè)韓國團隊表示，他們在陰離子交換膜方面取得了巨大的突破，這種膜不僅比目前的質(zhì)子交換技術(shù)便宜很多，而且性能提高了20%左右。

        電解是將水分解成氫和氧的過(guò)程。而如果這一過(guò)程能由可再生能源驅動(dòng)，它將成為生產(chǎn)綠色氫氣的一個(gè)關(guān)鍵步驟。綠色氫燃料將在零排放的競賽中發(fā)揮重要作用，它提供了高能量密度，使其在一些難以脫碳的活動(dòng)中成為一個(gè)有吸引力的選擇。

        通常情況下，電解器使用質(zhì)子交換膜（PEMs），其中電解質(zhì)材料中的陽(yáng)極和陰極被一層膜隔開(kāi)，以允許帶正電的氫離子通過(guò)，因為它們被陰極所吸引。在這里，它們與電子結合形成氫氣，氫氣被收集，而氧氣則在陽(yáng)極被釋放。

        據了解，其中的成本問(wèn)題來(lái)自于材料：PEMs所要求的酸性環(huán)境通常需要昂貴的金屬，如電極中的鉑、釕或銥，以及分離器板中的鈦。

        因此，科學(xué)家們正在研究一種替代電解技術(shù)——陰離子交換膜（AEMs），其分離膜允許帶負電荷的OH-離子通過(guò)。它們被吸引到陽(yáng)極上，在那里它們結合形成氧分子和水分子，而氫原子則被吸引到陰極上以氫氣的形式收集。

        值得注意的是，AEMs可以在堿性條件下工作，因此它們不需要昂貴的貴金屬，所涉及的材料要便宜大約3000倍。作為一項相對年輕的技術(shù)，AEMs在氫電解方面還沒(méi)有取得商業(yè)成功，因為它們的性能沒(méi)有那么好，也沒(méi)有那么持久。

        不過(guò)現在，韓國科學(xué)和技術(shù)研究所（KIST）的一個(gè)團隊表示，他們測試了一種新的膜和電極組件，其性能比以前的AEMs高出六倍，壽命至少高出10倍。更重要的是，它甚至比目前的PEM技術(shù)有20%的性能優(yōu)勢。

        根據一份新聞稿，該研究小組通過(guò)增加結構內的比表面積，開(kāi)發(fā)了基于聚（芴-共-芳基哌啶）（PFAP）的陰離子交換材料（電解質(zhì)膜和電極粘合劑），在堿性條件下具有高離子傳導性和耐用性，基于這項技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一種膜電極組件。

        據稱(chēng)，上述開(kāi)發(fā)的材料代表了超過(guò)1000小時(shí)運行的優(yōu)秀耐久性，并實(shí)現了7.68A/cm2的新電池性能記錄。這大約是現有陰離子交換材料性能的六倍，大約是昂貴的商業(yè)PEMWE技術(shù)（6 A/cm2）的1.2倍。該研究成果已于近期發(fā)表在了《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。

        不過(guò)，PEM電解器的使用壽命通常在5萬(wàn)小時(shí)左右（5.7年）。因此，盡管KIST團隊似乎已經(jīng)取得了相對于現有AEM電解器的百小時(shí)壽命的巨大進(jìn)步，但它還沒(méi)有證明與今天的PEM相比具有同等或更高的耐久性。而且，即使這種材料有能力，也需要在試驗臺上再花五年左右的時(shí)間來(lái)證明它。這是一個(gè)艱難的障礙。

        盡管如此，這種新的膜材料在這期間可能會(huì )找到其他用途。漢陽(yáng)大學(xué)的Young Moo Lee教授說(shuō)，"所開(kāi)發(fā)的材料，不僅可以作為核心材料應用于水電解，而且還可以應用于氫燃料電池、碳捕獲利用和直接氨燃料電池，這些都是下一代的氫氣產(chǎn)業(yè)，具有很大的潛力。"