阴离子交换膜离子传导率与耐碱稳定性研究进展

碱性膜电解水制氢和燃料电池技术是氢能产业链上的重要产氢和用氢技术。作为碱性膜电解槽及燃料电池的核心部件，阴离子交换膜承担着传递氢氧根离子、阻隔气体渗透、分隔正负两极的重要作用，决定着电化学过程效率和性能.现有阴离子交换膜的氢氧根传导率偏低和耐碱稳定性不高的问题严重制约着产氢和氢能转化效率.本文综述了近年来面向碱性膜电解水制氢和燃料电池应用的阴离子交换膜的发展动态，特别是在强化离子传导率、提高耐碱稳定性方面的方法和进展，以及膜材料化学组成和结构对膜性能的影响.     

聚苯并咪唑膜用于膜法酸碱两性电解水制氢研究

针对电解水制氢过程能耗过高的问题,提出膜法酸碱两性电解水过程。用隔膜将高浓度的酸碱电解液分隔,在酸性溶液中发生析氢反应,提高电化学反应活性,降低析氢过电位。该过程核心问题是阻止酸碱中和,限制对离子跨膜渗透.本文选择对离子体积较大的季铵碱作为碱溶液,分析酸碱种类、对离子体积与离子渗透的关系,探讨电解电流与酸碱种类、浓度、温度的关系.为了阻隔高浓度酸碱中和,使用聚苯并咪唑膜作为电解槽隔膜,经过酸或碱掺杂形成传导离子能力.初步验证了聚苯并咪唑膜在酸碱溶液中的稳定性,为发展膜法酸碱两性电解水制氢技术提供依据.     

过渡金属磷化物用于电解水析氢反应的研究进展

氢能是一种很有发展前景的可替代化石燃料的清洁能源,电解水制氢技术是最有希望实现能源可持续发展和零排放的制氢途径,而设计开发储量丰富、成本低廉以及高效稳定的电催化剂是电解水高效制氢的关键。过渡金属磷化物(TMPs)作为一种非贵金属催化剂,因具有天然丰度高、成本低、导电性好以及催化性能稳定等优势,近年来被广泛应用于电解水析氢反应的研究领域。概述了电解水析氢反应机理,介绍了TMPs的制备方法、常见的改性方法及其在电解水析氢反应中的应用,总结了TMPs电催化剂目前所存在的问题和面临的挑战并对其进行了展望。     

基于阴离子交换膜电解水的离聚物研究进展

在能源日益匮乏的今天,氢能作为一种可再生、绿色环保的新型能源成为全球节能降碳的重要载体。传统的碱水电解(Alkaline water electrolysis, AWE)制氢要求较高pH的碱液作为电解液,而且只能在低电流密度下工作;质子交换膜电解水(Proton exchange membrane water electrolysis, PEMWE)制氢技术具有电流密度大、效率高的特点,被人们视为最有前景的电解水制氢技术,但是其昂贵的催化剂以及所需的高耐酸性部件成为制约PEMWE发展的重要因素。阴离子交换膜电解水(Anion exchange membrane water electrolysis, AEMWE)作为一种新兴的技术,可以实现低成本“绿氢”制备。相较于AWE,AEMWE避免了高浓度碱液的循环;相较于PEMWE,AEMWE则具有成本低、腐蚀性低等优势。离聚物作为关键部件膜电极(Membrane electrode assembly, MEA)中三相界面(Triple phase boundary, TPB)的重要组成部分,对AEMWE内部催化作用和水管理能力起着重要作用。本...     

TMSs催化剂用于电解水制氢技术的研究进展

氢能作为一种高能量密度、低分子质量以及无污染的绿色能源,未来有望替代传统能源。电解水制氢过程简单且是生产高纯度氢的重要方法,但水电解过程中反应动力学缓慢,严重影响电解水制氢的效率。过渡金属硫化物(TMSs)催化剂由于其低廉的价格和优异的电催化性能而成为研究重点。综述了TMSs催化剂最新研究成果和应用,以氢析出反应(HER)和氧析出反应(OER)的反应机理为出发点,通过电化学测试和电极表征的评估方法,重点介绍TMSs催化剂的制备方法及分析其在电催化水解制氢技术的研究进展。并针对TMSs催化材料面临的发展和问题进行讨论,为进一步提高TMSs的电解水制氢性能提供了崭新的思路。     

我国绿氢供应体系建设思考与建议

在碳中和战略目标引领下,能源生产消费方式转向绿色低碳,将推动氢能供应体系逐步以绿氢为基础进行重塑;绿氢将成为新能源供给消纳体系的重要组成部分,因而加强绿氢供应体系建设有助于能源生产消费方式变革。本文在阐述绿氢供应体系建设必要性的基础上,剖析了绿氢供应体系建设面临的挑战,如绿氢资源与需求空间分布不匹配、绿氢生产与消费时间特性不匹配、现有体制机制及标准与绿氢供应体系不匹配;凝练了强化氢储运关键基础问题研究、加快氢储运技术装备攻关、提升氢储运装备安全检测技术水平等重点研究方向,力求以氢储运环节的高质量发展支撑绿氢供应体系建设。研究提出,采用氢电融合发展的系统性思维,统筹构建我国绿氢供应体系;氢储运是连接上游电解水制氢、下游氢消纳应用的关键环节,在调节绿氢供需时空错配、实现绿氢灵活供应方面发挥重要作用。为此建议,注重顶层设计、统筹规划布局,建设基础设施、化解时空错配矛盾,开展试点示范、驱动技术创新,完善体制机制、营造发展环境,以此促进绿氢供应体系高质量建设。     

氢能的一种利用方法

绿色可再生能源是世界环境与经济发展的重要课题，以氢为燃料的燃料电池受到包括我国在内的世界各国重视。考虑到氢气储存、运输的困难，本文考察和分析了甲醇在氢能应用中的作用，提出我国应积极发展风能、太阳能发电－电解水制氢－用氢气与二氧化碳合成甲醇－甲醇燃料电池能源链。     

表面端基对MXene材料电解水制氢的影响

电解水制氢是获取绿色氢能、应对能源危机的途径之一。MXene材料因其优异的物理、化学性能，在提升电解水制氢效率方面极具应用潜力。介绍了MXene材料在电解水制氢方面的研究现状，综述了表面端基对MXene材料产氢性能的影响并对其发展趋势进行了展望。     

美研发利用核反应堆大规模制氢技术

美国爱达荷国家工程环境实验室和塞拉曼技术公司联合研发出了利用下一代核反应堆制氢的技术，认为这是氢能源生产领域的一项重大突破。双方将斥资260万美元进行下一步的研发。他们模拟第四代核反应堆的高温进行的实验表明，可以在极高温下通过电解水大规模提取氢能源。以往普通条件下电解水生产氢不仅耗费大量电能，而且电解过程中的氢转换率较低，不宜大规模生产。     

风光波动电源下质子交换膜电解水制氢技术发展与应用

发展具有波动性负荷跟随能力的质子交换膜（PEM）电解水技术，是实现可再生能源耦合电解水制氢、促进可再生能源消纳的有效途径。本文梳理了风电耦合制氢、光伏发电耦合制氢等可再生电力制氢场景，分析了可再生能源的波动特性；从风光波动电源对电解池影响显著、风光波动电源加速电解池部件衰减、风光波动电源模拟方式三方面，详细阐述了PEM电解水制氢的基本特性以及研究进展；进一步讨论了PEM电解槽技术研发、PEM电解槽制氢技术发展方向。在把握风光耦合制氢现状及经济性、明晰风光波动电源电解水制氢产业应用态势的基础上，提出了深化研究高效电解池的基础科学问题和核心部件、进一步降低制氢成本、开展风光耦合制氢优化布局和制度保障研究等发展建议，以期促进可再生能源制氢产业的高质量发展。     

二硫化钼在电催化析氢反应中的应用进展

氢气因清洁和可再生等优点，被认为是一种具有发展前景的清洁能源，在未来替代传统化石燃料的可再生能源体系中具有重要地位。电化学分解水是一种高效且环境友好的制氢途径，在电解水制氢技术的发展中，高效电催化析氢催化剂的作用显得尤为重要。二硫化钼(MoS₂)具有较低的析氢吉布斯自由能及耐酸碱腐蚀等优点，因此，MoS₂作为高效的电催化析氢催化剂一直是研究热点。阐述了MoS₂的电催化析氢机理，综述了不同形貌MoS₂在电催化析氢中的应用，通过对MoS₂电催化剂进行改性来优化其催化活性。研究表明通过改善MoS₂边缘位点的催化活性、增加活性位点的数量等方法能够极大地改善MoS₂电化学析氢过程中的催化活性。     

海上风电制氢技术发展现状与建议

可再生能源制氢是达成碳达峰目标、实现碳中和愿景的重要路径。海上风电制氢作为可再生能源制氢的重要组成部分,具有巨大的市场潜力和广阔的发展前景。首先,介绍了2种不同的海上风电制氢系统方案;其次,阐述了适用于海上风电应用场景的电解水制氢技术和氢储运技术,梳理了国际海上风电制氢典型项目和我国海上风电制氢产业布局;最后,从氢能顶层设计、海上风电制氢技术攻关和标准体系建设等方面提出发展建议,为我国海上风电制氢技术创新和高质量发展提供参考。     

电解制氢与氢储能

电解水制氢技术在直流电的作用下,将水分解为纯氢和纯氧。氢作为能源载体,可实现无碳能源的循环利用,可以将波动性的可再生能源电力通过"电–氢–电(或化工原料)"的方式加以高效利用,兼具绿色与高效的特点,为未来人类社会的能源转化利用提出了新的解决方案。本文基于氢储能的理念,介绍了电解制氢的技术特点,概括了国内外近期质子交换膜水电解技术的发展态势,分析了新型电解水技术的发展方向,并提出了我国未来发展电解制氢技术与氢储能的建议。     

绿电-氢能-多域应用耦合网络关键技术现状及展望

氢能作为一种绿色、零碳的二次能源,是能源转型发展的重要载体之一,已成为能源互联的重要媒介。可再生能源电解水制氢是未来制氢的主要途径,将促进能源结构调整与转型。然而我国氢能技术研发和产业应用尚处于初始阶段,氢能制备、储运、转换和应用产业链的各环节存在大量问题有待解决。分析了绿电制氢技术、氢气储运技术、氢能应用技术的发展现状,研究了绿电-氢能-多域应用典型场景和网络耦合集成关键技术,可为氢能制、储、用技术的结合和多域应用网络发展提供参考思路。     

碱性电解水制氢的活性阴极材料

电解水制氢是实现大规模制氢的重要手段，本文就几种基本非贵金属析氢反应活性合金的合成方法，析氢反应催化性能以及它们作为析氢反应负极材料所表现出的优缺点作了简要评述。     

三功能多位点绣球状电催化剂用于高效的安培级全解水/尿素制氢（英文）

电解水是绿氢制备最有希望的路线之一,它的颈瓶是阳极析氧反应需要极高的过电位,导致电解水制氢整体能耗高.因此,迫切需要开发廉价、高活性、大电流稳定的非贵金属基多功能催化剂以期降低电解水的制氢能耗,如淡水或含尿素的水.鉴于此,我们合理设计并合成了绣球状的CoP/Ni₃FeN异质结,用于碱性析氢、析氧和尿素电催化氧化反应.该催化剂呈现出优异的三功能催化活性和出色的大电流耐久性,在进行析氢、析氧和尿素电氧化反应时,分别需要-0.160、1.538和1.419 V的超低电位就能达到1000 mA cm^-2的高电流密度.此外,将该电催化剂作为正极和负极耦合全解水/尿素器件,仅需要1.577/1.668 V的电压就能驱动500 mA cm^-2.此外,结合原位拉曼光谱、测试后的X射线光电子能谱分析与密度泛函理论计算,我们验证了CoP/Ni₃FeN异质结催化剂可以极大地促进析氧和尿素氧化反应中的活性物种金属羟基氧化物的形成,同时降低析氢反应中的水吸附和活性氢中间体的吸附能垒,从而协同促进高效的析氢、析氧和尿素电催化氧...     

基于电催化析氧反应的硫化物催化剂研究进展

氢能作为一种可燃烧的新型能源,凭借其清洁无污染等优点,被认为是人类从根本上解决能源与环境等全球性问题的理想替代能源.电解水是生产高纯度氢气的重要方法之一,也是现代清洁能源技术的重要组成部分.随着实际需求的不断增长,如何利用高效低耗的电催化剂来提升反应速率,已经成为当前新能源领域的研究重点之一.电解水反应由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)两个半反应组成,其中HER反应相对容易进行;而相比于HER反应,OER反应动力学缓慢,是影响电解水效率的主要原因.为了提高电解水制氢的能量转化效率,高效OER电催化剂成为研究电解水制氢技术的关键因素.过渡金属催化剂由于其特殊的d轨道结构和在地球上丰富的储备量成为OER催化剂研究领域的热点,但是目前存在的主要问题是,与贵金属催化剂相比,过渡金属催化剂的催化活性较差.因此,发展一些高催化活性和高效稳定的电催化剂,成为该领域研究关注的重点.在过去的十余年间,硫化物、硒化物、磷化物和硼化物等非贵金属基OER电催化剂被大量研究并取得了长足的发展.在这些催化剂中,硫化物型电催化剂不仅具有成本优势,而且在析氧过电位、耐久性等方面正在接近甚至超越RuO2和IrO2等贵金属催化剂,颇具应用潜力.本文主要介绍了电解水析氧反应在不同电解质中的反应机理,从硫化物型OER电催化剂的物理化学性质入手,证实了硫化物型OER电催化剂在析氧反应中具有独特的优势,最后综述了有关硫化物型OER电催化剂在改进策略等方面的研究进展.     

膜催化反应器及其制氢技术的研究进展

燃料电池对其理想燃料氢气的纯度要求极高, 如何低成本、大规模制取高纯氢气已成为燃料电池技术实现工业化的一个关键问题和研究热点. 近年发展起来的兼具催化与分离双重功能的膜催化反应技术是实现制取高纯氢气的一个有效途径. 本文结合膜催化反应领域的最新进展, 综述了膜催化反应器的优点、组成、类型; 介绍了无机膜材料的优点、分类及制备技术; 详细综述了透氧膜催化反应器、透氢膜催化反应器及双膜催化反应器在制氢过程中的研究进展和应用, 指出了膜催化反应制氢技术在工业化发展过程中存在的问题及应用前景.     

二维碳化钼纳米材料的制备及其析氢催化性能研究

电解水制氢是目前重要的制氢技术之一,而经济、高效的析氢反应催化剂是这一技术实现工业化的关键之一。简要综述了近3年来二维(2D)碳化钼的主要制备方法及其对电催化性能的影响,并分析了现有制备方法的优势和不足,展望了新型二维碳化钼作为析氢催化材料在电解水中的应用前景。     

电化学刻蚀制备表面纳米多孔NiMoCu电解水析氢催化剂

电解水制氢是一项制取绿色氢能的重要技术,开发高催化活性的催化剂作为电极材料是当前的研究热点。电解水反应包括阴极的析氢反应和阳极的析氧反应,以Ni₇₄Mo₆Cu₂₀三元合金条带为前驱体,采用电化学脱合金技术制备了一种用于析氢反应的表面纳米多孔NiMoCu电解水析氢催化剂,并采用扫描式电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等设备对材料的物理化学特性进行了表征。结果表明：所制备的纳米多孔NiMoCu电极材料在1mol/L KOH溶液中具有良好的析氢性能,仅需要90mV、227mV的过电位就能达到10mA/cm²、100mA/cm²的电流密度。