登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
伴随着第四次工业革命,全球向新能源转型已经开始,由高碳向低碳、非碳发展,正在经历从化石能源向氢能等非化石能源过渡的第三次能源体系重大转换。氢能作为氢的化学能表现为物理与化学变化过程中释放出能量,是具有二次能源属性的一种重要的能源类型。
目前,水气变换(WGS)反应(CO +H2O→H2+CO2)是工业上大规模制备氢气的主要方法。但WGS过程通常需要在高温(180℃~450℃)和高压(1.0~6.0MPa)的条件下进行。
近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员邓德会团队首次提出并实现了一种高能量效率制备高纯氢气(>99.99%)的新策略:室温电化学水气变换(EWGS)反应。相关论文成果发表在《自然—通讯》上。
WGS:传统方法痛点多
目前,工业上制氢的方法主要有三种:一是以煤、石油和天然气为原料得到CO,再通过水气变换制氢;二是甲醇重整制氢;三是电解水制氢。其中水气变换反应是大规模制氢的主要方法。该方法的优点是技术成熟、适用范围广、规模大。
2017年,全球主要人工制氢原料的96%以上都来源于传统化石资源的热化学重整,仅有4%左右来源于电解水。煤炭和天然气同样是我国人工制氢的主要原料,占比分别为62%和19%。《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2018)》数据显示,2016年中国氢气产量约为2100万吨,其中煤制氢占比62%,为主要的氢气来源;天然气制氢其次,占比19%。
但水气变换反应(WGS)却有一个严重的缺点,其所需要的反应条件十分苛刻,需要在180°C~450°C的高温、1~6 MPa高压条件下进行。除了苛刻的反应条件之外,通过WGS反应制得的氢气往往含有1%~10%的CO残留及反应产物CO2和CH4等,需要进一步的分离纯化才能进行下游的应用。
长期以来,科学家们都希望能发展更经济、更环境友好的方法,在温和条件下直接制备高纯氢气。邓德会团队经过长期探索,结合电化学反应原理,巧妙地将WGS的氧化还原反应拆分为彼此分离的两个半反应,首次提出了一种能在常温常压下直接制备高纯氢气的电化学水气变换概念。
EWGS:巧思解决传统痛点
中国科学院大连化学物理研究所研究员邓德会在采访中告诉《中国科学报》,他从博士阶段开始,就在从事多相催化领域的研究——“涉及很多C1分子的催化转化,这一直都是传统热催化的热点和难点”。
与此同时,他也接触了很多电催化的研究,所以一直希望能用电催化的方法来解决传统热催化难啃的硬骨头。
“比如涉及CO分子的EWGS反应,其反应一直都需要高温、高压的苛刻条件,且产物分离困难,能解决里面的任何一个问题都是极具挑战的。”
在2015年,他就产生了一个想法:能否利用电化学的原理,将WGS反应分成电化学的两个半反应来进行呢?如果能这样做,那么就可以利用电能来代替热能,提高能量效率,并从原理上避免产物的分离,直接在室温下制备高纯氢气,从而彻底解决传统WGS反应的三个痛点。
巧思是关键,但也只是一个起点。真正实现WGS向EWGS的进化经过了一段漫长的探索。邓德会介绍说,他首先和同事们筛选了大部分已知的传统WGS较好的催化剂,但结果发现大多数的WGS催化剂在EWGS上是没有效果的;经过大量筛选之后,终于选定了Pt基催化剂,但该催化剂制氢效率当时却是极低的。
经过探索攻关,团队最终发现了两个影响反应活性的重要因素:CO分子在水溶液里的扩散和催化剂的本征活性。发现这两个因素之后,他们有针对性地进行了优化。
“一方面,我们通过对电极结构的设计,使其变得疏水亲气,促进CO分子的快速扩散,以便其更容易地接触到催化剂;另一方面,我们通过引入Cu,合成了PtCu催化剂,Cu与Pt的电子相互作用,减弱了CO在Pt表面的吸附,从而促进了EWGS反应,提高了催化活性和稳定性。”
室温常压下实现高效低耗制氢
在室温电化学水气变换(EWGS)反应中,CO在阳极发生氧化反应,生成的CO2与电解质KOH进一步反应生成碳酸钾,避免了CO2的排放;同时水在阴极直接被还原生成高纯氢气。阴阳两极由阴离子交换膜分隔开,保持溶液离子平衡的同时分隔两极产物,因此从原理上避免了传统WGS中氢气需要分离提纯的过程。
同时通过对催化剂的设计和电极结构的优化,EWGS在常温常压条件下实现99.99%高纯氢的制备并且达到接近100%的产氢法拉第效率。优化后的PtCu催化剂在EWGS反应中的阳极起始电位降低至接近0V,显著低于电解水的阳极理论电位1.23V;在0.6V时LSV电流密度达到70mA/cm2,比商品的Pt/C催化剂的活性提升了12倍以上;该催化剂经过475小时的稳定性测试后仍能够保持高的活性。
对于Cu的引入,邓德会解释说:“对于催化反应来讲,反应分子吸附在催化剂的表面上,作用力要适中。太弱了,不能进行催化反应;太强了,容易毒化催化剂。对于纯的Pt/C催化剂,CO分子在Pt的表面吸附太强,很容易毒化催化剂,使其失去催化活性。Cu的引入,与Pt形成合金,Pt-C之间的电子相互作用减弱了CO在Pt表面的吸附,从而大大提升了EWGS反应性能。”
与大连化物所研究员苏海燕合作进行的理论计算结果验证了这一判断。结果证实,Cu的引入减弱了CO在Pt上的吸附,有效避免了催化剂的中毒,从而实现了该催化剂在EWGS中的高活性和高稳定性。
北京大学教授马丁认为:“相比于传统的WGS,EWGS是一种完全不同的、可以在室温常压下进行的高效催化过程,这为低能耗生产高纯氢气提供了新思路。用WGS大规模制备氢气已经工业化多年,技术成熟,目前制备氢气的成本在0.9~1.4 元/m3,而室温EWGS是在实验室里刚提出的一个新概念,技术成熟度暂时还无法与WGS相比。但考虑到室温EWGS的装置会比WGS设备简单许多,随着EWGS催化剂和反应系统的优化,以及人们环保意识的增强,对高纯氢的需要会更明显,室温EWGS将具有广阔的应用前景。”
邓德会表示,团队未来会在EWGS的基础和应用研究上继续深入挖掘,进一步优化电极结构、提高催化活性和稳定性,接下来将着手设计成本更低、性能更高的催化剂,同时发展更高效的反应系统。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星氢能网获悉,据海德氢能消息,4月24日,壳牌与海德氢能先进制氢项目启动仪式于荷兰阿姆斯特丹举行。该项目于2024年第一季度正式进入实施阶段,基于新一代方形插片式电解水制氢系统氢舟,海德氢能将为壳牌提供先进制氢解决方案,共同推进大规模绿电制氢领域合作。
作为典型的资源型城市,山西太原因地制宜,在传统产业转型中创新做法,不再单纯依靠资源消耗,在加快形成新质生产力的当下,找到拉动经济发展的新动能。今年,太原市民绿色出行清单上多了一个新选项——氢能公交专线。沿着公交一路向南,记者来到清徐精细化工循环产业园,公交车所用的高纯氢就来自这里
进入2024年,氢能在政策端的扶持力度来到了一个新高度,在政策端引导下氢能有望迎来爆发阶段,今年或将成为氢能源产业爆发元年。氢能的大规模商业化发展,正迎来一个难得的时机。自从前几年国家和地方政府发布各种氢能规划之后,今年以来,氢能产业在务实具体的支持政策开始快速扩容升级。今年,氢能作
北极星氢能网获悉,据攀枝花发布消息,4月18日,攀枝花氢能产业园正式揭牌。攀枝花氢能产业园选址钒钛高新区,占地面积约126亩,是集钛双极板研发制造、氢燃料电池生产、氢燃料电池汽车制造和PEM电解水装备、高压储氢材料及储氢设备、加氢装备制造等为一体的高端氢能产业园,力争实现氢能产业产值突破1
近日,在2024国际氢能产业发展论坛上,中国船舶集团第七〇八研究所专家携两款最新研发的大型液氢运输船设计方案重磅亮相,并引发业内广泛关注。据悉,此次发布的180000立方米级和20000立方米级液化氢运输船,是目前全球最大舱容的液化氢运输船,目前已完成基本方案论证并联合ABS船级社进行认证,其中20
北极星氢能网获悉,近日,两辆以氢为燃料的汽车实现了北京到上海1500公里长距离运输测试,这是我国氢能车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。该氢燃料车装备了180千瓦氢燃料电池系统,搭载货物为氢燃料电池冷却液、柴油车尾气处理液等环保科技产品,整车重量达28吨。车辆从北京大兴出发,历
北极星氢能网获悉,4月22日,滨化集团与林德集团签署了具有里程碑意义的氢能战略合作协议。此次合作,双方将共同探索氢能领域的前沿技术和项目开发,加快形成新质生产力,推进氢能解决方案的市场应用。此次缔结战略合作关系,将深化双方在氢能领域的合作,强力支持滨化集团及滨州市新能源事业的发展,
北极星氢能网获悉,4月20日,天津荣程新能科技集团有限公司与河北省沧州市政府签署战略合作框架协议,深入推进氢能产业发展。沧州市委副书记、市长向辉,沧州市委常委、常务副市长刘勇,天津荣程集团董事会主席张荣华,河北港口集团党委常委、副总经理宣国宝出席签约仪式。张荣华表示,沧州区位优势明
“我们建设若干个千万千瓦级绿电产业园区和一批投资百亿级氢基绿能产业园区,推动现代储能和其他一些相关绿色产业融合发展,同时拓展应用场景,扩大氢燃料汽车、氢能源列车等一系列产品产业规模,打造“绿氢+”全产业链。”4月22日,国新办举行“推动高质量发展”系列新闻发布会的第十场,吉林省委副书
北极星氢能网获悉,近日,北京产权交易所发布中石化新星内蒙古绿氢新能源有限公司100%股权转让公告,转让底价为7408万元,转让方为中国石化集团新星石油有限责任公司。中石化新星内蒙古绿氢新能源有限公司成立于2021年,是中国石化集团新星石油有限责任公司持股100%的子公司。法定代表人为徐振东,注册
北极星氢能网获悉,4月18日,兴安盟京能煤化工可再生能源绿氢替代示范项目开工建设。该项目包含风电场和制氢站两个子项目,风电场建设位于内蒙古乌兰浩特市乌兰哈达镇、葛根庙镇、斯力很现代农业园区,分布在洮儿河东西两侧;制氢站拟安装60台1000标立方米每小时碱性电解槽,配套12个2000立方米高压储
4月20日,中国中煤安徽分公司在合肥市滨湖新区金融中心大厦举行进驻仪式。安徽分公司党委书记、总经理,公司党委书记、董事长王志根,公司党委副书记、总经理郭占峰出席仪式并揭牌,安徽分公司党委委员、副总经理,公司党委委员、副总经理徐进主持仪式,公司领导王富有、程茂玖出席。王志根介绍了安徽
一、总体要求中国新能源和节能环保产业博览会由中华环保联合会、安徽省生态环境厅和安徽省新能源和节能环保产业推进组工作专班办公室牵头组织,已经在安徽合肥成功举办两届,累计展商超过1000家,专业观众超过50000人,系列活动超60场。为贯彻落实党中央关于碳达峰碳中和的决策部署,持续打造“中国新
近日,华电新能江苏分公司在北交所完成首笔新能源绿电交易,本次交易成交新能源绿电量98.5万千瓦时,实现了华电江苏区域新能源上网电量绿电交易“0”到“1”的突破。精心谋划,顺势而动。该公司在小纪渔光互补首批项目并网后,提前研判江苏省内新能源绿电交易相关政策,迅速组建工作专班,抢先布局,精
4月24日,记者从国网青海省电力公司获悉,一季度青海新能源发电量达127.3亿千瓦时,同比提升20.4%,新能源发电量占比达51.3%,在全国省级电网中率先实现占比超过50%。青海风光资源富集,是我国重要的能源生产基地。当前,青海正聚力打造国家清洁能源产业高地,加快构建新能源占比逐渐提高的新型电力系
4月22日,国务院新闻办举行新闻发布会,邀请财政部介绍2024年一季度财政收支情况并答记者问。财政部表示,将会同有关部门不断优化调整专项债券投向领域和用作项目资本金范围,将新能源等纳入专项债券投向领域,增加“独立新型储能”等纳入专项债券支持范围。全文如下:国新办举行新闻发布会介绍2024年
近期,拜登政府“以威胁国家安全”的名义,宣布将调查在中国制造的电动汽车。关于中国电动车是否会窃取数据的讨论也不断增多,甚至导致当前电动车出口增速出现放缓。中国电动车真的会威胁国家安全吗?美国的调查依据是什么?中国电动汽车究竟得罪了谁?为了找到所有信息的源头,我们利用最新的大模型技
4月23日,三峡集团董事长、党组书记刘伟平在武汉与内蒙古自治区党委常委、自治区常务副主席黄志强座谈,双方就进一步贯彻落实习近平总书记重要指示批示精神,深化拓展战略合作进行深入交流。三峡集团副总经理、党组成员王昕伟,内蒙古自治区政府副秘书长张鹏出席座谈。刘伟平对黄志强一行到访表示欢迎
近日,记者从广西电力交易中心了解到,今年截至4月22日,广西共组织开展了7批次低谷电力消纳交易,259家用户需求侧资源成交,拉动低谷电量超1.5亿千瓦时,是去年全年的2.41倍。预计用户侧可获得用电补偿9135万元。广西电力交易中心交易组织部经理吴引航认为,这代表电力市场优化电力资源配置的作用更加
企查查显示,4月23日,大唐高邑新能源有限公司成立,注册资本50万元人民币,经营范围包含:风力发电技术服务;太阳能发电技术服务;光伏发电设备租赁等。企查查股权穿透显示,大唐高邑新能源有限公司由大唐发电全资持股。
继追光盛典后,2024追光者节精彩继续。4月22日,追光者节“星讲会”、分组见面会、公司实地参观等活动相继进行,行业大咖前沿洞察分享、经销商心得交流等,精彩丰富的议程内容让与会者收获满满。保时捷大奖的故事:开发量年增14倍多倾听一线伙伴的声音,是阳光新能源渠道生态体系协同共进的一大要素。
储能电站作为电力系统中的关键灵活性资产,虽然对于提升电网调节能力和保障系统稳定运行至关重要,但目前仍面临着安全性、经济性、市场机制不完善、调度与运营技术储备不足、利用效率低等多重挑战,且储能技术快速迭代也对储能制造企业提出了更高的要求。整体承压之下,如何推动储能行业健康有序发展?
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!