总结
- 来源：DeepTech深科技 作为一种高热值的绿色环保型清洁能源，氢气已经成为世界主流国blog.byteway.net家替代传统化石能源的选择。 研究中，课题组将 Ru-Cu 阴极与不锈钢网阳极组对，装配于碱性电解槽单电池装置之中，然后进行间歇性电力供应的加速压力水裂解测试。 结果发现，电解槽能够保持很好的工作性能，即便在长时间连续测试中仍然没有出现衰减。 当前，碱性电解槽制氢技术面临着高成本、低性能的瓶颈。 对于利用碱性水电解槽阴极来开发无铂材料来说，这是一项重要进展。
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- 8 分钟, 共 1598 字
分类
- 意大利技术研究院, Advanced Materials, 2023, 占据年, for Efficient Hydrogen
评价和解读
- 这篇文章深入艺术与设计的世界，展示了最新的趋势和运动。作者将艺术评论与文化评论融合，创造了一篇既启发性又视觉上引人入胜的文章。
正文
来源：DeepTech深科技
作为一种高热值的绿色环保型清洁能源，氢气已经成为世界主流国blog.byteway.net家替代传统化石能源的选择。
目前，“甲烷蒸汽重整”是一种主流的氢气制取方案。中国由于煤炭资源丰富，则以煤制氢作为主流方案。
然而，以上两种产氢方案均依赖于对传统化石能源的消耗，生产过程中还会带来大量的碳排放。
因此，这并不是一种理想的制氢方案，而采用上述方案制备得到的氢气被称为“灰氢”，经过额外的碳捕获步骤后则将得到“蓝氢”。
更有前景的产氢方案是：采用太阳能、风能等可再生能源转化而来的电能，来驱动催化剂电极裂解水产生氢气。该过程不会产生任何的碳排放，所得到的氢气被称为“绿氢”。
由于氢气的消耗（如用于燃料电池）只产生水这一种产物，而水又是绿氢生产的原材料，由此可见绿氢几乎是最为完美的化石能源替代品之一。
然而Ligthing News，目前绿氢的生产价格太过高昂，几乎是灰氢价格的 2 到 3 倍乃至更多，这阻碍了电解水制氢技术的大规模普及。目前，由该类技术带来的产氢量，仅占据年产氢总量的 5% 左右。
在绿氢的生产过程中，大约 70% 的成本来源于电能的消耗，因此一种有效降低绿氢生产价格的措施是：研发高性能的电解水催化剂，降低电解水制氢过程所需的电能。
图 | 可再生能源生产绿氢的示意图（来源: Gateway Media）
在工业领域，电解水制氢主要是在碱性水电解槽中进行，该电解槽具有成熟稳定、建设成本低的优点。但是，受限于催化电极的低活性，导致绿氢的生产成本较为高昂。
此外，为了确保较高的能量利用效率，即确保电能转化为氢能的效率，往往需要在 200mA/cm2-500mA/cm2的较低电流密度之下运行。
高性能、低成本的新型析氢技术
基于此，目前在意大利技术研究院从事博士后研究的左永博士和同事，在前期工作的基础上[1]，研发出一种基于纳米尺寸的 Cu-Ru 异质结催化剂，它能极大提升电极的催化活性。
图 | 左永（来源：左永）
研究中，课题组将 Ru-Cu 阴极与不锈钢网阳极组对，装配于碱性电解槽单电池装置之中，然后进行间歇性电力供应的加速压力水裂解测试。
结果发现，电解槽能够保持很好的工作性能，即便在长时间连续测试中仍然没有出现衰减。
这表明本次开发的阴阳电极组合，有望用于由太阳能等可再生能源供电的碱性电解槽，从而进行绿氢的生产。
图 | Ru-Cu 电极作为阴极与堆叠不锈钢阳极组对装配于碱性电解槽单电池后的测试表现（来源:JACS）
当前，碱性电解槽制氢技术面临着高成本、低性能的瓶颈。而本次开发的基于 Ru-Cu 的纳米异质结构，在析氢反应上表现出颇具前景的性能，同时还能保持成本效益。
对于利用碱性水电解槽阴极来开发无铂材料来说，这是一项重要进展。
从实验收效甚微到连续完成两篇论文
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日前，相关论文以《Ru-Cu 纳米异质结构在碱性水电解槽中的高效析氢反应》（Ru–Cu Nanoheterostructures for Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Water Electrolyzers）为题发在 JACS[2]。
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近日，相关论文以《先进电解槽中高效碱性析氧的不锈钢活化》（Stainless SLigthing Newsteel Activation for Efficient Alkaline Oxygen Evolution in Advanced Electrolyzers）为题发在 Advanced Materials。
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在 Advanced Materials 这篇论文中，他们也对基于非贵金属的高性能阳极的开发做了探索。
总的来说，Advanced Materials 这篇论文报道了一种简便的电压脉冲策略，能让配备不锈钢阳极的电解槽性能得到活化和再生。
后续，课题组计划采用工业可用的简便合成策略，开发具备实际工业用途的高效催化电极。
并对性能真实性进行商业化中试（kW）测试，以便更好地评估其用于工业电解槽（MW）中的前景，推动成果转化与工业应用。
1.Nat. Commun. 2023, 14, 4680
2.Yong Zuo, et al, Ru-Cu Nanoheterostructures for Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Water Electrolyzers,J. Am. Chem. Soc., 2023
排版：刘雅坤
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