作者:孙丹宁 来源:中国科学报 发布时间:2023/9/8 13:20:35
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新型直接电解海水制氢装置连续运行超2000小时

 

利用可再生能源电解水制氢是最具前景的氢气生产途径之一。直接电解海水制氢技术将海水简单预处理后,可直接作为电解制氢装置原料水使用,避免海水淡化、纯化等过程,尤其适用于深远海风电就地消纳,可大幅降低海上风电输变电成本。近日,由中国科学院大连化学物理研究所研究员王二东团队研发的1Nm3/h直接电解海水制氢装置,完成了2000小时连续稳定运行,电解槽平均直流电耗4.04kWh/Nm3 H2,实现了标方氢每小时级直接电解海水制氢装置长时间稳定运行。

新型直接电解海水制氢装置。大连化物所供图

目前,由于海水中含有复杂的离子成分,尤其是氯离子、镁离子和钙离子等,在电解制氢过程发生氯析出、氯腐蚀、固体沉积等副反应,严重影响直接电解海水制氢的性能与可靠性。

团队将应用基础研究与工程开发并重,实现了直接电解海水制氢从基础研究探索、关键材料研究到系统设计集成全链条研发。他们先后攻克了催化剂、电极反应过程、电极设计、电解液调节等系列关键科学技术问题,突破了高选择性耐氯析氧电极设计与制备技术、抗钙镁离子沉积析氢电极设计与制备技术、新型高效直接电解海水制氢电解槽设计与制造技术、智能全自动电解液浓度控制技术等系列关键技术,并且累计申请电解海水制氢相关专利17件,初步形成了电解海水制氢技术自主知识产权体系。

团队设计集成的1Nm3/h直接电解海水制氢装置,采用大连海域自然海水为原料水,已完成2000小时连续稳定运行,平均小室电压1.69V,平均直流电耗4.04kWh/Nm3 H2,氧气中氯气含量低于20ppb。此外,团队持续开发直接电解海水制氢技术,已成功开发新一代电解海水制氢电极与电解槽设计技术,实现了在相同电解电压下,电解槽电流密度提高一倍以上。

直接电解海水制氢技术并不改变传统碱性电解水制氢基本结构,同时可以充分利用碱性电解水制氢完善的产业链。该装置的长时间连续稳定运行初步验证了直接电解海水制氢技术的工程可行性与经济性,为直接电解海水制氢技术的规模化应用奠定了基础。

 
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