绿色氢能技术 | 清华大学 | labxing-凯发游戏网站

绿色氢能技术

清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

       本团队的主要研究方向为可再生能源制氢、氢储能、氢安全,及液氢冷能利用技术,涵盖氢能的制储运加用全产业链。重点研究工作有:高动态碱性电解液制氢关键技术、高压质子交换膜纯水电解制氢关键技术、氢储能系统、氢安全主动防护技术等。研究团队由近20位博士后和博士硕士研究生组成,在杨福源教授领导下开展工作。

1电解水制氢技术

概述

水电解是利用电流将水分子分解为氢气和氧气的过程,当与可再生能源结合时,可以实现零排放制氢。

目前有两种主要的电解制氢工艺:传统的碱电解和 pem 电解(聚合物电解质膜电解)。

传统的碱性电解技术使用koh 电解质溶液,通过多孔膜输送oh- 负离子(阴离子)来分离两个半电池。

pem 系统使用固体聚合物电解质,这种电介质可以选择性地传导正离子(质子)参与水的分解反应。右边的图表概述了这两种技术的电极反应。

在 pem 系统中,导电固体聚合物电解质可实现高电流密度和高效率,能够减小所需的电池尺寸。固态设计允许间歇式操作,方便与可再生技术结合。然而,pem 会产生高酸性环境,需要使用大量昂贵的催化剂,例如铂、铱以及钛组分。

碱电解具有不同的电化学环境,可以使用镍和铁等非贵金属催化剂。得益于低腐蚀性,不锈钢或其他非钛结构亦可应用于碱性系统中,此举相比 pem 电解大幅降低了资本成本。然而采用液体电解质将难以使用可再生能源进行间歇和可变式操作,而且隔膜的渗透性会导致氢气纯度较低。