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海水制氢”瓶颈已破 全新双膜系统完美助攻 不产生有害物质

发表日期:2023-04-23 14:16文章编辑:国初科技浏览次数: 标签:    

经济观察网4月16日讯:众所周知,绿色氢需要大量的水进行电解,经计算,每千克氢大约需要9升纯水。这不仅对许多水资源匮乏的地区极不友好,而且本身也是一个不环保的因素。而如果能用海水直接制氢,光从原材料这一点上来说,至少是无限而且免费的。

然而,由于海水混合了氢、氧、钠和许多其他元素,使得利用化学反应提取氢气变得有些困难。而且,在制氢完成后是否会创造有危险性的高盐,并把高浓度的有毒氯气放回了海洋环境。这些问题都有待解决,因此目前有许多科学家在致力于这方面的研究。

近期,由美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员领导的团队就找到了一种新方法,通过双膜系统和电力直接从海水中“排出”氢气,而且不会产生大量有害物质。最新研究成果已于近期发表在了《焦耳》杂志上。

研究人员Adam Nielander说:“如今,许多水制氢系统都试图使用单层或单层膜。我们的研究将两层结合在一起。这些膜结构使我们能够在实验中控制海水中离子的移动方式。”

为了处理海水,该团队实施了双层膜系统,并使用电解对其进行了测试,电解是一种使用电力驱动离子或带电元素以进行所需反应的方法。SLAC和斯坦福大学博士后研究员Joseph Perryman说,他们通过控制对海水系统最有害的元素——氯化物来开始他们的设计。

最理想的膜系统需要执行三个主要功能:从海水中分离氢气和氧气;仅移动有用的氢和氢氧根离子,同时限制其他海水离子混入;防止不良反应。将这三种需求结合在一起很难,而该团队此次似乎做到了。

在他们的实验中,质子,即正氢离子,穿过其中一个膜层到达一个可以收集它们的地方,并通过与带负电的电极相互作用转化为氢气。系统中的第二层膜只允许负离子(如氯离子)通过。

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斯坦福大学化学工程研究生、合著者Daniela Marin说,作为一种额外的支撑,一个膜层含有固定在膜上的带负电荷的基团,这使得氯化物等其他带负电的离子更难混入不该去的地方。

在该团队的实验中,带负电的膜被证明能高效地阻挡几乎所有的氯离子,而且他们的系统在运行时不会产生漂白剂和氯等有毒副产物。

接下来,该团队计划通过使用更丰富、更容易开采的材料建造电极和膜来改进它们。该团队表示,这种设计改进可以使电解系统更容易扩展到为能源密集型活动(如运输部门)生产氢气所需的规模。

 

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