新型海上光伏製氫設備,捨棄電極分離膜降成本

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 19 日 11:43 | 分類 儲存設備 , 光電科技 , 太陽能 follow us in feedly

哥倫比亞大學團隊最近研發出一種新型光伏電解海水設備,利用陽光能量不斷將海水電解成高純度的氫氣和氧氣。和其他電解設備不同的是,新裝置不使用隔離膜來分離產生氫氣和氧氣的電極,而是改用特殊電極結構,直接藉由水的浮力收集氫氣氣泡。



氫是未來有機會替代石化燃料的清潔能源之一,燃燒時只會產生水,但目前一大問題在於氫氣是透過蒸汽甲烷法(steam-methane process)從石化燃料中產生,過程一樣會產生二氧化碳,許多科學家因而將目光集中在水電解法:將水分離成氫氣和氧氣,不會產生二氧化碳。

哥倫比亞大學化學工程助理教授丹尼爾·埃斯波西托(Daniel Esposito)是研究水電解法的科學家之一,現在他和團隊研發出一種浮動式太陽光伏燃料電解槽,雖然還只是實驗室原型,但最終產品會發展成漂浮在海上的複合體。

目前,最先進的商業電解槽多使用昂貴的膜或隔離器來分離裝置中產生氫氣和氧氣的電極,但這些膜只適合高純度的水源環境,於海水中卻容易被雜質和微生物降解破壞。

埃斯波西托的新裝置決定捨棄膜,改以一種新穎的電極結構取而代之:僅在外側塗覆催化劑的網狀電極。這些不對稱電極可促進氫氣和氧氣僅在塗有催化劑的表面產生,當氣體氣泡變得足夠大時會從電極表面分離,氧氣就讓它自然流失掉,而氫氣會一路向上漂到架空的收集室儲存。

▲ 不對稱網狀電極示意圖,氧氣和氫氣在不同側生成,氫氣會上升到特定氣體採集室儲存。(Source:哥倫比亞大學

基於這種浮力誘導分離概念,簡單的電解槽結構可以產生純度高達 99% 的氫氣(氧氣含量只有 1%),如果是對稱電極,氧氣含量至少高出 7 倍。

埃斯波西托說,與目前包含隔膜的設備相比,無膜電解裝置具有低成本、高耐用性的潛力,可以真正利用豐富的太陽能來大規模轉化能源燃料,而裝置在實驗期間的太陽能轉換效率為 5.7%。這篇研究已發表在《氫能國際期刊》。

不過外界更注意的主要還是電力傳輸問題,要從很遠的海上傳輸電力回到陸地,經濟上仍不可行。

(首圖來源:哥倫比亞大學)