近日，從南開大學(xué)獲悉，南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院羅景山教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西班牙巴斯克大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，在電催化水分解制氫研究中取得重要進(jìn)展。

據(jù)了解，該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用金屬載體相互作用構(gòu)筑了堿性條件高活性析氫催化劑，能夠在每平方厘米5安培的大電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過1000小時(shí)，滿足了陰離子交換膜電解水制氫技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的需求，相關(guān)研究成果在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》發(fā)表。

氫能作為一種低碳高效的清潔能源，在全球能源轉(zhuǎn)型和應(yīng)對(duì)氣候變化方面扮演重要角色。以可再生能源電解水制氫為代表的綠氫在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生溫室氣體，被廣泛視為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要路徑之一。

Ru NPs/TiN的合成示意圖。（受訪者供圖）

目前，堿性電解水（ALK）和質(zhì)子交換膜電解水（PEM）兩種電解水制氫技術(shù)占比較高。其中，ALK制氫技術(shù)生產(chǎn)成本低、工業(yè)化成熟，但產(chǎn)生的氫氣純度不高且能量效率低。PEM制氫技術(shù)能量效率高，產(chǎn)生的氫氣純度較高，但成本較高。而陰離子交換膜（AEM）制氫技術(shù)被認(rèn)為是集兩者優(yōu)勢(shì)于一體的第三代電解水制氫技術(shù)，具有高效率、低成本、快速啟停等優(yōu)勢(shì)，但在大電流密度下電解槽系統(tǒng)穩(wěn)定性不足限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

羅景山介紹，開發(fā)大電流密度下壽命長、性能穩(wěn)定的催化劑是AEM制氫技術(shù)亟待解決的核心問題之一。

“我們使用氮化鈦負(fù)載的釕納米顆粒催化劑組裝了AEM電解槽，能在每平方厘米1安培、2安培和5安培的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過1000小時(shí)，性能幾乎沒有衰減。”論文第一作者、南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院2021級(jí)博士生趙佳說。

“在每平方厘米5安培的工業(yè)級(jí)電流密度下，我們的研究成果能夠在AEM電解槽中高效穩(wěn)定運(yùn)行，克服了催化劑容易不穩(wěn)定的問題，滿足了AEM制氫大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的需求。”羅景山說，“未來，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)投入到綠氫制備技術(shù)的自主研發(fā)之中，促進(jìn)科技成果盡快轉(zhuǎn)化落地，為構(gòu)建零碳、低成本、安全可靠的綠氫能源供給體系貢獻(xiàn)力量。”