绿色氢不再昂贵？新型“阴离子交换膜”有望使电解过程无需贵金属

众所周知，电解是降低绿色氢成本的关键。近期，一个韩国团队表示，他们在阴离子交换膜方面取得了巨大的突破，这种膜不仅比目前的质子交换技术便宜很多，而且性能提高了20%左右。

电解是将水分解成氢和氧的过程。而如果这一过程能由可再生能源驱动，它将成为生产绿色氢气的一个关键步骤。绿色氢燃料将在零排放的竞赛中发挥重要作用，它提供了高能量密度，使其在一些难以脱碳的活动中成为一个有吸引力的选择。

通常情况下，电解器使用质子交换膜(PEMs)，其中电解质材料中的阳极和阴极被一层膜隔开，以允许带正电的氢离子通过，因为它们被阴极所吸引。在这里，它们与电子结合形成氢气，氢气被收集，而氧气则在阳极被释放。

据了解，其中的成本问题来自于材料：PEMs所要求的酸性环境通常需要昂贵的金属，如电极中的铂、钌或铱，以及分离器板中的钛。

因此，科学家们正在研究一种替代电解技术——阴离子交换膜(AEMs)，其分离膜允许带负电荷的OH-离子通过。它们被吸引到阳极上，在那里它们结合形成氧分子和水分子，而氢原子则被吸引到阴极上以氢气的形式收集。

值得注意的是，AEMs可以在碱性条件下工作，因此它们不需要昂贵的贵金属，所涉及的材料要便宜大约3000倍。作为一项相对年轻的技术，AEMs在氢电解方面还没有取得商业成功，因为它们的性能没有那么好，也没有那么持久。

不过现在，韩国科学和技术研究所(KIST)的一个团队表示，他们测试了一种新的膜和电极组件，其性能比以前的AEMs高出六倍，寿命至少高出10倍。更重要的是，它甚至比目前的PEM技术有20%的性能优势。

根据一份新闻稿，该研究小组通过增加结构内的比表面积，开发了基于聚(芴-共-芳基哌啶)(PFAP)的阴离子交换材料(电解质膜和电极粘合剂)，在碱性条件下具有高离子传导性和耐用性，基于这项技术，开发了一种膜电极组件。

据称，上述开发的材料代表了超过1000小时运行的优秀耐久性，并实现了7.68A/cm2的新电池性能记录。这大约是现有阴离子交换材料性能的六倍，大约是昂贵的商业PEMWE技术(6 A/cm2)的1.2倍。该研究成果已于近期发表在了《能源与环境科学》杂志上。

不过，PEM电解器的使用寿命通常在5万小时左右(5.7年)。因此，尽管KIST团队似乎已经取得了相对于现有AEM电解器的百小时寿命的巨大进步，但它还没有证明与今天的PEM相比具有同等或更高的耐久性。而且，即使这种材料有能力，也需要在试验台上再花五年左右的时间来证明它。这是一个艰难的障碍。

尽管如此，这种新的膜材料在这期间可能会找到其他用途。汉阳大学的Young Moo Lee教授说，“所开发的材料，不仅可以作为核心材料应用于水电解，而且还可以应用于氢燃料电池、碳捕获利用和直接氨燃料电池，这些都是下一代的氢气产业，具有很大的潜力。”

（文章来源：财联社）

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