研究人员从海水中制造氢燃料

斯坦福大学的研究人员设计了一种利用旧金山湾的太阳能,电极和盐水生成氢燃料的方法。

这项发现于3月18日发表在美国国家科学院院刊上,展示了一种通过电力从海水中分离氢气和氧气的新方法。现有的水分解方法依赖于高度纯净的水,这是一种宝贵的资源并且生产成本高。

理论上,为了给城市和汽车提供动力,“你需要这么多的氢气才能想到使用纯净水,”何鸿杰,JG杰克逊和CJ伍德斯坦福化学教授以及该报的共同资深作者说。“我们在加利福尼亚目前的需求几乎没有足够的水。”

戴说,氢是一种吸引人的燃料选择,因为它不排放二氧化碳。燃烧的氢只能产生水,应该可以缓解恶化的气候变化问题。

戴说,他的实验室通过演示展示了概念验证,但研究人员将把它留给制造商来扩展和批量生产设计。

解决腐蚀问题

作为一个概念,将水分解为氢和氧与电 - 称为电解 - 是一个简单而古老的想法:电源连接到放置在水中的两个电极。当电源打开时,氢气从负端吹出 - 称为阴极 - 透气氧气出现在正端 - 阳极。

但海水盐中带负电荷的氯化物会腐蚀正极端,限制了系统的使用寿命。戴和他的团队希望找到一种方法来阻止那些海水成分分解沉没的阳极。

研究人员发现,如果他们在阳极上涂上富含负电荷的层,这些层会排斥氯化物并减缓底层金属的腐烂。

它们将镍 - 铁氢氧化物层叠在硫化镍上,镍硫化物覆盖镍泡沫芯。镍泡沫充当导体 - 从电源输送电力 - 镍 - 铁氢氧化物激发电解,将水分离成氧气和氢气。在电解过程中,硫化镍发展成带负电的层,保护阳极。正如两个磁体的负端彼此相互推动一样,带负电的层排斥氯化物并防止其到达核心金属。

根据戴实验室的研究生,该论文的共同主要作者Michael Kenney的说法,如果没有带负电的涂层,阳极只能在海水中工作约12小时。“整个电极都崩溃了,”肯尼说。“但是通过这一层,它可以超过一千小时。”

以前的研究试图将海水分解成氢燃料的电流量很小,因为腐蚀发生在较高的电流下。但戴,肯尼和他们的同事通过他们的多层设备能够传输多达10倍的电力,这有助于它以更快的速度从海水中产生氢气。

“我认为我们创造了目前分裂海水的记录,”戴说。

团队成员在受控的实验室条件下进行了大部分测试,他们可以调节进入系统的电量。但他们还设计了一台太阳能示范机器,从旧金山湾收集的海水中产生氢气和氧气。

并且没有盐腐蚀的风险,该装置与使用纯净水的现有技术相匹配。“这项研究令人印象深刻的是,我们能够在与当今工业中使用的电流相同的电流下运行,”Kenney说。

出乎意料的简单

回顾过去,戴和肯尼可以看到他们设计的简洁。“如果三年前我们有一个水晶球,它将在一个月内完成,”戴说。但是现在已经找到了用海水电解的基本配方,这种新方法将为增加太阳能或风能驱动的氢燃料的可用性打开大门。

将来,该技术可用于超越发电的目的。由于该过程还产生透气氧气,潜水员或潜艇可以将装置带入海洋并在下方产生氧气而不必露出空气。

在转让技术方面,“人们可以在现有的电解槽系统中使用这些元素,这可能非常快,”戴说。“这不像从零开始 - 更像是从80%或90%开始。”