Advanced Materials:低能耗海水电解制氢耦合污染物降解

海水占地球水资源重量的96.5%,是取之不尽、用之不竭的氢能宝库。海域的风、光、潮汐能等可再生能源天然丰沛,更使电解海水制氢技术在规模化应用方面具有先天优势。然而,高能垒、低附加值的阳极反应使电解水技术的能耗成本居高不下,短期内难与化石能源重整、工业副产气制氢等传统技术竞争。海水复杂的化学环境导致的催化剂污染失活、阳极析氯腐蚀等问题,更严重制约了海水电解制氢过程的效率与可持续性。

针对以上瓶颈难题,大连理工大学精细化工国家重点实验室王治宇教授与北京化工大学邱介山教授团队发展了一种低能耗海水电解制氢耦合硫污染物降解新技术。通过在全解水反应中解耦高能耗、动力学迟滞的阳极析氧半反应,耦合低能垒、高经济/环境效益的硫氧化反应,突破水分解反应的理论能耗限制(2.94 kWh m-3 H2)。在大电流密度(> 300 mA cm-2)条件下,电解海水制氢能耗大幅降低至2.32 kWh m-3 H2,产氢速率为5.34 mol h–1 gcat–1,与碱性电解水技术相比能耗降低 50 – 60 %,并可利用市售太阳能电池驱动实现自供能制氢。引入阳极硫氧化反应在降低制氢体系能耗的同时,将阳极电位降低至1.0 V以下,彻底避免阳极氯腐蚀;更可将水中硫离子污染物同步降解转化为高附加值单质硫,在进一步补偿成本的同时提高技术的环境效益。这一工作为发展低能耗、高经济性和生态可持续的低碳制氢技术方法提供了新的思路。

1海水电解节能制氢耦合硫污染物降解新技术及其与传统制氢技术之能耗与碳排放比较

论文第一作者为精细化工国家重点实验室、化工学院硕士生张柳阳,大连理工大学王治宇教授为论文通讯作者。工作得到了国家自然科学基金会、辽宁省科技厅、大连市科技局、大连理工大学的共同资助支持。

论文信息:

Energy-Saving Hydrogen Production by Seawater Electrolysis Coupling Sulfion Degradation

Liuyang Zhang, Zhiyu Wang*, Jieshan Qiu

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202109321

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109321