Advanced Energy Materials:基于摩擦纳米发电机的蓝色能源到绿色能源转化的自驱动电化学系统

实现碳中和的一种策略是使用低碳或无碳燃料作为能源。氢能作为一种燃烧后只能产生水的清洁能源,是促进碳中和的理想资源。工业上氢气生产是由化石燃料重整所主导的,该技术在成本上比水电解更具优势。然而,前者是基于煤炭、石油和天然气等不可再生资源的,从长远来看是不具有持续性的。并且以上资源重整后如果作为能源使用,就极大程度上降低了其作为大部分日用品和化学品生产原料的使用价值。要实现可持续和低成本的电解水析氢,就急切需要降低占据成本比重较高的持续电力消耗。

近日,北京纳米能源与系统研究所与上海电力大学的科研团队合作,提出了一种自驱动的电化学系统(SPECS),通过电化学转化的方式将以海洋波浪能为代表的蓝色能源转化为绿色燃料。该系统主要由摩擦纳米发电机(TENGs)装置和电解装置组成,TENGs阵列将超低频率的海洋波浪能转化为电能,通过能量管理后向末端的电解池供能,以实现电解装置内海水的分解析氢。

该自驱动电化学系统由水波运动来驱动,使得电解槽摆脱了对商业电力的依赖。海水电解除了额外产生高附加值的副产物外,还能在很大程度上促进水裂解反应。在最佳运行条件下,该系统可产生814.8 μL∙m-2∙d-1的氢气燃料,法拉第效率为69.1%,转换效率为44.3%。该系统还可以通过采集海洋蓝色能源实现体积能量密度更高的液体燃料的自供电电化学转换。SPECS将蓝色能源转化为绿色能源的策略可为解决能源消耗和环境问题提供非常有潜力的解决方案,有利于绿色燃料的商业推广和实际应用,甚至有助于碳中和。

论文信息:

Blue Energy for Green Hydrogen Fuel: A Self-Powered Electrochemical Conversion System Driven by Triboelectric Nanogenerators

Yawei Feng, Jiajia Han, Mengjiao Xu, Xi Liang, Tao Jiang*, Hexing Li*, Zhong Lin Wang*

Advanced Energy Materials

DOI: 10.1002/aenm.202103143

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103143