美推出全新鎳製電解水製氫電極,製氫量估超出 50 倍

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 01 日 18:31 | 分類 能源科技 , 電力儲存 Telegram share ! follow us in feedly


用氫能來儲存再生能源電力,這或許是一個解決綠能間歇性問題的解方,只是首要解決的是,電解水製氫的效率始終不高,也存有價格昂貴挑戰,而最近美國杜克大學研發出全新的電解水製氫電極,已成功將製氫效率提高 50 倍。

綠能製氫方式有許多種,其中再生能源──氫氣就是一環,以太陽、風力產生電力,再用綠電來電解水產生氫氣,最後就可用氫氣提供氫燃料電池發電或產生熱,不過根據杜克大學化學教授 Ben Wiley 的說法,過去電解水製氫效率之所以不高,主要是因為電極製造氫氣與氧氣後,氧氣氣泡逸散速度不夠快,進而堵塞、降低電極利用率。

對此,杜克大學研發出 3 種多孔通流(flow-through)電極,希望能提高電解效率、加速製氫速度,其中每個電極都是 4 平方公釐(millimeter square)、厚度僅 1 公分的「毛氈」,3 種材料分別是由鎳金屬泡沫、鎳製極超細纖維(Microfiber)與鎳銅奈米線製成。

根據實驗,三者之中最為有效的材料是鎳製極超細纖維,雖然它的表面積比鎳銅奈米線還要小 25%,但製氫量更高,主要是因為鎳銅奈米線有點「後繼無力」,縱使表面積更大、可以產生更多的氫氣,只是 30 秒後就被氣泡堵住,效率可說是驟降,而泡沫鎳電極的表面積最小,故效率也最低。

經過 100 小時的電流測試,鎳極超細纖維電流密度可達 25,000 mA/cm²,以這種速度,它的製氫量會比目前常見的鹼性電解槽還要高 50 倍。Wiley 表示,未來製造商可根據此研究加以最佳化電極結構,若可大幅提高製氫效率,水電解製氫的成本就有調降的空間,變成更具競爭優勢的再生能源儲能方案。

而過去也有科學家將鎳應用在電解水製氫,澳洲新南威爾斯大學(UNSW Sydney)主要用鎳-鐵氧化物取代將釕、白金和銥等超昂貴催化劑,這些鎳鐵氧化物催化劑存有微小的奈米級接面,能加速水分解產生氫與氧的過程,與過去的水分解技術相比,所需能量較少,能源效率還高達 83.7%。

(首圖來源:Flickr/Zero Emission Resource Organisation CC BY 2.0)