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作為一種潛在的清潔能源,氫有望成為化石燃料的替代品,近年來引起了人們的極大關注。研究人員一直積極研究和開發水電解技術,以從水中提取氫氣,生產綠色能源,並避免排放溫室氣體。
質子交換膜水電解槽(PEMWE)技術,採用昂貴的貴金屬基催化劑和全氟碳基質子交換膜,是目前少數先進國家採用的核心材料技術。這類系統的製造成本較高。為了解決傳統技術的侷限性,韓國一研究團隊最近開發出可用於新一代水電解系統的核心技術,不僅提高了耐久性和效能,而且大大降低綠色氫能源的生產成本。
據外媒報道,韓國科學技術研究所(KIST)宣佈,其氫燃料電池研究中心(Center for Hydrogen and Fuel Cell Research)的So Young Lee博士和漢陽大學(Hanyang University)能源工程系的Young Moo Lee教授等人展開聯合研究專案,開發了一種用於陰離子交換膜水電解槽(AEMWE)的膜電極元件(MEA),預計將取代昂貴的現有PEMWE技術。
AEMWE採用陰離子交換膜和電極粘合劑,不依賴昂貴的鉑族金屬電極,用鐵代替鈦取代水電解槽中的隔板材料。僅比較催化劑和隔板材料的價格,製造成本就比現有PEMWE降低了約3000倍。然而,與PEMWE相比,其效能較低,而且持續執行時間不到100h,因此還沒有實現商業化。
該研究團隊透過增加結構內的比表面積,開發出在鹼性條件下具有高離子電導率和耐久性的聚芴基-羰基-芳基哌啶(PFAP)基陰離子交換材料(電解質膜和電極粘合劑),並在此基礎上開發了一種膜電極元件。所開發的材料表現出超過1000h的優異耐久性,並實現了7.68A/cm2的新效能紀錄。這大約是現有陰離子交換材料效能的6倍,是昂貴的商業PEMWE技術(6A/cm2)的1.2倍。
該技術克服了目前AEMWE技術中存在的核心材料效能和耐久性問題,並將技術質量提高到可以替代PEMWE技術的水平。除了卓越的效能和耐久性,隨著大容量和大面積應用的發展,所開發的陰離子交換膜材料將逐步實現商業化。
研究人員表示,該團隊開發了一種材料和高效技術,突破現有水電解技術的侷限性。預計該技術將為引入下一代水電解技術奠定基礎,明顯降低綠色制氫成本。所開發的材料作為核心材料,具有很高的應用潛力,不僅可用於電解水,還可以用於新一代氫產業中的氫燃料電池、碳捕捉利用和直接氨燃料電池。
