使用高效阳极进行水分解更接近氢燃料经济
最近，为了解决与环境退化和化石燃料减少有关的问题，出现了向可再生能源的范式转变。太阳能、风能、水热、潮汐等多种替代绿色能源在减少全球碳足迹方面备受关注。这些能源发电技术的主要挑战之一是它们是间歇性的，并且不能持续可用。
“我们不能在夜间使用太阳能，而在不刮风时使用风能。但我们可以将产生的电力以其他形式存储并在需要时使用。这就是水分解弥合差距的方式，并已成为非常有前途储能技术，”新泻大学工程学院/科学技术研究生院材料科学与技术系从事储能材料和技术研究的Masayuki Yagi教授说。水分解是一种很有前途的储能解决方案，有可能推动世界走向氢燃料经济。
所述水离解过程中，可替代地被称为人工光合作用，传统上采用电到水分子通过两个半反应在电化学电池中分裂。的析氢反应发生在产生的氢燃料在阴极和在其中呼吸的氧气被释放在阳极发生水氧化。虽然水是一个由三个原子构成的简单分子，但其解离过程非常激烈且具有挑战性。
初始能量，在科学术语中称为超电势，在影响反应进程方面起着至关重要的作用。对于迄今为止探索的材料，触发阴极析氢和阳极析氧所需的初始能量如此之高，以至于该过程增加了反应的总成本，从而对其商业利用产生了不利影响。这在阳极尤其是一个主要问题，因为析氧反应涉及四个电子的转移，与阴极反应相比，这需要更高的初始能量。
Yagi 教授在新泻大学的研究团队与山形大学的研究合作者一起，正在研究电催化水分解并解决主要缺点。他们已经成功地开发了一种使用镍基纳米化合物作为阳极的高效水离解工艺，该工艺已于5 月 20 日作为科学文章发表在能源与环境科学上。
在这项研究中，八木教授的团队观察到基于硫化镍纳米线的阳极支持降低析氧反应所需的初始能量。“我们使用填充到氮化碳鞘中的硫化镍纳米线的独特图案制造了阳极。氮化碳鞘防止 NiSx棒的核心区域转变为它们的氧化物，从而保护它们免于进一步降解。在表面上硫化镍纳米线，由于与电解质溶液接触而形成一层薄薄的氧化膜，这有助于析氧反应，”八木教授解释说。
研究小组在先进的显微镜技术和电化学测量的帮助下观察到，制造的阳极有助于降低初始能量，从而加速析氧反应中的四电子转移过程。Yagi教授团队的研究成果在提高电化学电池的长期性能和稳定性方面具有巨大潜力。
这项研究是提高水分解技术效率的重要里程碑。八木教授说：“这一成果是电催化水分解系统的重大突破，无疑有助于在不久的将来实现人类社会的脱碳。”
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新能源
2021-06-16
