德国团队使用低成本镍化合物替代铱催化剂 以实现高效制氢

盖世汽车讯 据外媒报道，柏林工业大学（Technical University of Berlin）、柏林亥姆霍兹研究所（Helmholtz-Zentrum Berlin，HZB）、弗赖堡大学微系统工程系（IMTEK，University of Freiburg）和西门子能源公司（Siemens Energy）的团队开发出高效的碱性膜（AEM）电解槽，其性能接近现有质子交换膜（PEM）电解槽。它的优势在于使用低成本镍化合物作为阳极催化剂，从而取代昂贵而稀有的铱。

（图片来源：柏林亥姆霍兹研究所）

在BESSY II光源，该团队通过现场原位测量来详细阐明催化过程，而理论团队（美国、新加坡）提供了一致的分子描述。在弗赖堡，研究人员使用新的涂层工艺来构建原型电解槽，并进行了运行测试。相关研究已发表在期刊《自然催化（Nature Catalysis）》上。

作为储能介质、燃料和有价值的化工行业原料，氢气将在未来能源系统中发挥重要作用。氢气可以通过电解水以几乎气候中性的方式进行生产，前提是使用太阳能或风能电力。目前，绿色氢经济的规模化发展主要由两种系统主导：质子传导膜电解（PEM）和液体碱性电解。而AEM电解槽结合了两种系统的优点，如不使用铱等稀有贵金属。

不含铱的碱性膜（AEM）电解槽

现在，该团队推出第一个AEM电解槽，其生产氢气的效率几乎与PEM电解槽一样高。研究人员没有使用铱，而是使用含铁、钴或锰的双氢氧化镍化合物，并开发了一种方法，将它们直接涂覆在碱性离子交换膜上。

在BESSY II深入了解电解期间的分子过程

在电解槽电解期间，研究人员在LiXEdrom终端站的柏林X射线源BESSY II上进行现场原位测量。来自新加坡和美国的理论团队帮助解释了实验数据。

柏林工业大学Peter Strasser教授表示：“这使我们能够阐明在催化剂涂层膜上的相关催化化学过程，特别是从无催化活性α相到高活性γ相的相变，以及各种O配体和Ni4+中心在催化过程中所起的作用。正是这种γ相使我们的催化剂可与当前的先进铱催化剂相媲美。这项工作显示了在催化机制中其与铱的重要相似之处，但也有一些令人惊讶的分子差异。”

因此，这项研究大大提高了人们对新型镍基电极材料基本催化机制的理解。此外，新开发的膜电极涂层方法具有良好的可扩展性。首个功能齐全的实验室电解槽已经在IMTEK进行了测试。该工作为深入进行工业评估奠定了基础，并证明AEM水电解槽的效率也很高。