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阴离子膜电解水非贵金属析氧催化剂研究进展
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作者 赵清锐 冯英杰 +3 位作者 付晓玥 周越 刘东兵 李蔚 《石油化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1491-1496,共6页
因兼具碱性电解水低成本及质子交换膜电解水技术高效等优势,阴离子膜电解水制氢被认为是最有前景的绿氢制备技术。目前针对阴离子膜电解水制氢技术的研究多集中在非贵金属催化剂或低贵金属催化剂上,从组成、特征、制备方法等方面介绍了... 因兼具碱性电解水低成本及质子交换膜电解水技术高效等优势,阴离子膜电解水制氢被认为是最有前景的绿氢制备技术。目前针对阴离子膜电解水制氢技术的研究多集中在非贵金属催化剂或低贵金属催化剂上,从组成、特征、制备方法等方面介绍了应用于阴离子膜电解水中的金属氧化物、金属硫化物/磷化物、合金、氢氧化物等析氧催化剂的研究进展,并对阴离子膜电解水制氢析氧催化剂的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 阴离子膜电解水 析氧反应 电催化剂 非贵金属
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电解水析氢反应的铁基非晶合金薄带催化剂研究进展
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作者 李天景 施庆乐 +1 位作者 姚为 孙海南 《福建师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第5期82-94,共13页
Pt基电催化剂是析氢反应的基准,然而低丰度和高成本制约了此类贵金属基催化剂的大规模应用,从而促使了替代材料的探索。铁基非晶合金具有无序原子排布结构,表现出独特的物理化学性质。受碱性溶液中的高效析氢反应启发,简述了铁基非晶合... Pt基电催化剂是析氢反应的基准,然而低丰度和高成本制约了此类贵金属基催化剂的大规模应用,从而促使了替代材料的探索。铁基非晶合金具有无序原子排布结构,表现出独特的物理化学性质。受碱性溶液中的高效析氢反应启发,简述了铁基非晶合金薄带电催化剂的常见反应机理和设计策略,旨在为制备高性能电催化剂提供指导,包括杂原子掺杂、异质面构筑、应变及空位缺陷构建等。此外,原位表征技术和密度泛函理论在铁基非晶合金薄带电催化剂理论设计、反应过程、动态结构演变和机理揭示等方面发挥了重要作用。最后简要介绍了铁基电催化剂目前存在的挑战和未来的研究方向。 展开更多
关键词 铁基 非晶合金薄带 电解水 析氢反应 设计策略
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簇-金属氧化物助剂电子相互作用调控的Ru原子簇催化剂用于温和条件下合成氨反应
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作者 张天华 胡海慧 +15 位作者 李嘉欣 高迎龙 李玲玲 张明远 彭渲北 周岩良 倪军 林炳裕 林建新 朱兵 吴冬霜 张林杰 韩丽丽 郑黎荣 王秀云 江莉龙 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期209-218,共10页
氨是重要的化肥原料,也是颇具潜力的氢能源载体,对于可再生能源的储存、运输和终端利用至关重要.然而,传统Haber-Bosch工艺合成氨的反应条件苛刻,需要高温高压条件,并消耗大量化石能源及排放大量二氧化碳.可再生能源电解水制氢耦合温和... 氨是重要的化肥原料,也是颇具潜力的氢能源载体,对于可再生能源的储存、运输和终端利用至关重要.然而,传统Haber-Bosch工艺合成氨的反应条件苛刻,需要高温高压条件,并消耗大量化石能源及排放大量二氧化碳.可再生能源电解水制氢耦合温和合成氨新技术(eHB),不仅能实现可再生能源电力的“消纳和调峰”,而且可进行低成本、跨地域长距离存储运输,并可将“绿氨”与氢能产业相结合.然而,现有的高温高压合成氨催化剂与eHB工艺相不匹配,因此,迫切需要开发温和条件下高效合成氨催化剂技术,以实现可再生能源电力电解制氢体系和合成氨技术互补融合.目前,虽然助剂对于Ru基纳米簇(≥1 nm)合成氨催化剂的影响规律已得到了广泛研究,但它们对于Ru原子簇催化剂的作用机制尚不清楚,需要进一步揭示.本文考察了Ba及Ce助剂对Ru原子簇催化剂的影响规律,并分析了其作用机制.首先,通过简单的浸渍法将Ba和/或Ce物种掺杂到Ru原子簇催化剂(2 wt%Ru ACCs),制得Ba/Ce/2 wt%Ru ACCs催化剂;然后,通过一系列实验考察了这些催化剂的合成氨性能,并利用多种表征手段对其进行了深入分析.合成氨性能测试结果表明,添加Ba和Ce助剂后,2 wt%Ru ACCs催化剂的合成氨速率明显提高,在400℃和1 MPa下,Ba/Ce/2 wt%Ru ACCs催化剂的合成氨反应速率达到56.2 mmolNH_(3) gcat^(-1) h^(-1),是2 wt%Ru ACCs的7.5倍,且催化剂表现出较好的稳定性,在稳定运行140 h后活性未见明显降低.球差校正电子显微镜和X射线吸收精细结构谱结果表明,负载Ba和/或Ce后,Ru以Ru_(3)原子簇形式存在.X射线吸收近边结构谱和X射线光电子能谱结果表明,Ru与Ba及Ce物种之间存在较强的簇-金属氧化物助剂电子相互作用,可促进电子转移到Ru物种,形成富电子状态的Ru,进而促使电子转移到N_(2)的p*反键轨道,提高温和条件下合成氨反应速率.利用25%N_(2)+75%D_(2)气氛下的原位红外光谱研究催化剂的合成氨反应机理,结果表明,在Ba/Ce/2 wt%Ru ACCs催化剂表面同时检测到N_(2)D_(2)物种和N_(2)D_(x)物种的振动吸收峰,说明添加Ba和/或Ce物种没有改变Ru原子簇催化剂活化N_(2)的方式,N_(2)仍是通过加氢的路径合成氨.综上,本文考察了助剂对Ru原子簇的影响规律,揭示了其作用机制,为设计高效的温和条件合成氨催化剂提供参考. 展开更多
关键词 原子簇 助剂 N_(2)活化 合成氨 电子相互作用
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电解水制氢耦合有机物氧化研究进展
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作者 夏天 栗振华 +1 位作者 邵明飞 段雪 《石油炼制与化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期42-51,共10页
利用可再生能源(太阳能、风能)驱动的电解水制氢技术是获取“绿氢”的必经之路,是实现碳中和的重要战略措施。然而,目前电解水制氢技术仍面临电解效率低和能耗高等问题。其原因之一在于阳极析氧反应(OER)动力学过程缓慢,制约了阴极产氢... 利用可再生能源(太阳能、风能)驱动的电解水制氢技术是获取“绿氢”的必经之路,是实现碳中和的重要战略措施。然而,目前电解水制氢技术仍面临电解效率低和能耗高等问题。其原因之一在于阳极析氧反应(OER)动力学过程缓慢,制约了阴极产氢,并且阳极产物氧气的附加值较低。利用电解水过程中阳极产生的“活性氧”物种催化有机物选择性氧化(替代OER),被证明是能够降低电解水反应电压、提高产氢效率的有效策略,并且利用阳极得到高附加值化学品可以进一步分摊并降低制氢成本,最近受到科研界和产业界的广泛关注。基于此,总结了近年来电解水制氢耦合有机物氧化方面的研究进展,包括:阳极表面水活化产生活性氧的种类及其催化有机氧化反应机理、反应物吸附过程强化提升反应速率相关策略、电解水制氢耦合氧化反应器设计和产物分离等技术。最后,对该领域的未来发展前景和面临的挑战进行了总结和展望。 展开更多
关键词 电解水制氢 活性氧 耦合反应 有机氧化 反应物富集
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炭材料在电解水制氢耦合有机氧化方面的研究进展
5
作者 王治栋 夏天 +1 位作者 栗振华 邵明飞 《新型炭材料(中英文)》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期64-77,共14页
利用可再生能源(太阳能、风能)发电进行电解水制氢是获取“绿氢”的必经之路。然而,目前电解水制氢仍面临电解效率低和能耗高的巨大挑战。通过将电解水体系与热力学上更有利的有机氧化反应耦合是解决上述问题的重要途径,在有效提升阴极... 利用可再生能源(太阳能、风能)发电进行电解水制氢是获取“绿氢”的必经之路。然而,目前电解水制氢仍面临电解效率低和能耗高的巨大挑战。通过将电解水体系与热力学上更有利的有机氧化反应耦合是解决上述问题的重要途径,在有效提升阴极产氢效率的同时还可以在阳极获得高附加值化学品(用于进一步分摊并降低制氢成本)。这一新兴领域的发展关键在于制备具有高选择性和高稳定性的催化材料。碳基材料具有来源丰富、比表面积高、孔隙率高等优点,在高性能有机电氧化和电解水析氢催化剂方面引起了科研人员的广泛关注。本研究总结了碳基材料在电解水制氢耦合有机氧化方面的最新研究进展,并讨论了该材料在这一新兴电催化领域的发展前景和面临挑战,以推进新型炭材料的发展。 展开更多
关键词 炭材料 氢气 电解水 有机物氧化 电催化
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适用于光伏直驱的碱液电解制氢高效变流控制策略
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作者 熊家 夏杨红 +2 位作者 程浩然 彭勇刚 韦巍 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期41-49,共9页
电解水制氢技术的应用可更好地促进可再生能源的消纳,提升含高比例可再生能源的电力系统调节灵活性,碱性电解槽因成本低、结构简单、技术成熟等特征广泛应用于工业电解领域。然而,由于其低载工况电解效率较低,导致其难以全范围跟踪波动... 电解水制氢技术的应用可更好地促进可再生能源的消纳,提升含高比例可再生能源的电力系统调节灵活性,碱性电解槽因成本低、结构简单、技术成熟等特征广泛应用于工业电解领域。然而,由于其低载工况电解效率较低,导致其难以全范围跟踪波动性可再生能源。针对这一问题,该文首先从电解槽激励电场分布的角度揭示高低载效率差异机理,并提出基于激励电场重塑的最优功率脉宽调制(OP-PWM)策略,然后设计适用于脉冲电解的双级式变流器,并对关键性控制参数进行分析。最后,通过搭建的光伏直驱电解制氢平台对所述理论进行验证。实验结果表明:相比于传统直流电解模式,OP-PWM策略可显著提升低载效率,提升幅度达到1.8倍。若将最小电解效率约束条件定为48%,则OP-PWM控制策略可将电解槽运行范围由28%~100%额定功率扩展至20%~100%额定功率。 展开更多
关键词 光伏 电解槽 DC/DC变流器 制氢 效率 最优功率脉宽调制
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CoSe_(2)-CuSe_(2)NF双功能电催化剂的制备及其电解水性能的研究
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作者 王子晨 陈拥军 +1 位作者 骆丽杰 张雪艳 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第5期904-912,共9页
随着环境污染日益严重、不可再生资源日益枯竭,对清洁、可再生能源的开发非常重要。利用电解水析氢(HER)和析氧(OER)技术生产氢气和氧气,是一种高效、无污染的制备清洁能源的方法。但是,商业贵金属电催化剂价格昂贵、地球丰度低,因此,... 随着环境污染日益严重、不可再生资源日益枯竭,对清洁、可再生能源的开发非常重要。利用电解水析氢(HER)和析氧(OER)技术生产氢气和氧气,是一种高效、无污染的制备清洁能源的方法。但是,商业贵金属电催化剂价格昂贵、地球丰度低,因此,开发价格低廉、高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂意义重大。本研究利用水热法成功制备出一系列具有纳米花结构的双功能电催化剂(CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶1)NF、CuSe_(2)-CoSe_(2)(3∶1)NF、CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶3)NF),通过一系列的表征对催化剂的结构、形貌、元素组成、元素价态进行分析。研究发现CuSe_(2)-CoSe_(2)NF双金属硒化物中CoSe_(2)和CuSe_(2)相互协同作用,促进电子转移,提高电解水性能。此外,CuSe_(2)-CoSe_(2)NF纳米花结构具有较大的比表面积(808 m^(2)/g),暴露更多的活性位点数,进一步提升了催化剂的电化学性能。结果表明,CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶1)NF催化剂在1 mol/L KOH电解液、电流密度为10 mA·cm^(-2)时,HER和OER的过电位为42和204 mV,可持续稳定工作100 h,与商业Pt/C和RuO_(2)性能接近。 展开更多
关键词 硒化物 电解水析氢 电解水析氧 双功能催化剂 纳米花状 双活性位点
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Cu掺杂WN松枝状自支撑纳米阵列的制备及其碱性析氢性能的研究
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作者 李乐乐 申丽莎 +4 位作者 涂志明 卢卓信 谭弘毅 杨轶 闫常峰 《石油化工高等学校学报》 CAS 2024年第4期57-65,共9页
以偏钨酸铵、乙酸铜等为原料,通过控制掺杂比,采用简单的水热法,合成了形貌不同的前驱体,随后结合高温退火法,在碳纸上成功实现了Cu掺杂WN松枝状自支撑纳米阵列(Cu-WN-5:1)的原位生长;利用SEM、TEM、XRD、XPS等测试手段对样品的形貌和... 以偏钨酸铵、乙酸铜等为原料,通过控制掺杂比,采用简单的水热法,合成了形貌不同的前驱体,随后结合高温退火法,在碳纸上成功实现了Cu掺杂WN松枝状自支撑纳米阵列(Cu-WN-5:1)的原位生长;利用SEM、TEM、XRD、XPS等测试手段对样品的形貌和结构进行表征分析,进而利用电化学测试方法评估了催化剂的析氢性能。结果表明,W和Cu的掺杂比(n(W)/n(Cu))对催化剂的析氢性能具有重大影响;当n(W)/n(Cu)为5:1时,催化剂具有最优的析氢活性;Cu元素的成功掺杂改变了WN的电子结构,增加了其活性位点的数量,加速催化过程中的电荷转移速率,从而提升了材料的HER活性;Cu-WN-5:1在KOH浓度为1.0 mol/L、电流密度为10 mA/cm^(2)时所需的过电位为195 mV,Tafel斜率为192 mV/dec,说明Cu-WN-5:1具有较快的电化学析氢反应动力学速率;该材料在KOH浓度为1.0 mol/L的条件下持续反应36 h,表现出优异的长期稳定性。 展开更多
关键词 氮化钨 过渡金属掺杂 碱性析氢 电催化 阵列结构
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Valence electronic engineering of superhydrophilic Dy-evoked Ni-MOF outperforming RuO_(2) for highly efficient electrocatalytic oxygen evolution 被引量:1
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作者 Zhiyang Huang Miao Liao +6 位作者 Shifan Zhang Lixia Wang Mingcheng Gao Zuyang Luo Tayirjan Taylor Isimjan Bao Wang Xiulin Yang 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期244-252,I0007,共10页
Tackling the problem of poor conductivity and catalytic stability of pristine metal-organic frameworks(MOFs) is crucial to improve their oxygen evolution reaction(OER) performance.Herein,we introduce a novel strategy ... Tackling the problem of poor conductivity and catalytic stability of pristine metal-organic frameworks(MOFs) is crucial to improve their oxygen evolution reaction(OER) performance.Herein,we introduce a novel strategy of dysprosium(Dy) doping,using the unique 4f orbitals of this rare earth element to enhance electrocatalytic activity of MOFs.Our method involves constructing Dy-doped Ni-MOF(Dy@Ni-MOF) nanoneedles on carbon cloth via a Dy-induced valence electronic perturbation approach.Experiments and density functional theory(DFT) calculations reveal that Dy doping can effectively modify the electronic structure of the Ni active centers and foster a strong electronic interaction between Ni and Dy.The resulting benefits include a reduced work function and a closer proximity of the d-band center to the Fermi level,which is conducive to improving electrical conductivity and promoting the adsorption of oxygen-containing intermediates.Furthermore,the Dy@Ni-MOF achieves superhydrophilicity,ensuring effective electrolyte contact and thus accelerating reaction kinetics,Ex-situ and in-situ analysis results manifest Dy_(2)O_(3)/NiOOH as the actual active species.Therefore,Dy@Ni-MOF shows impressive OER performance,significantly surpassing Ni-MOF.Besides,the overall water splitting device with Dy@NiMOF as an anode delivers a low cell voltage of 1.51 V at 10 mA cm^(-2) and demonstrates long-term stability for 100 h,positioning it as a promising substitute for precious metal catalysts. 展开更多
关键词 Dy@Ni-MOF Dy incorporation Electronic interaction SUPERHYDROPHILICITY Oxygen evolution reaction
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基于水电解制氢的梯度多孔传输层中气液流动可视化实验研究
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作者 刘志鹏 赵长颖 +1 位作者 吴睿 张智昊 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期520-530,共11页
在电解水制氢的过程中,多孔电极内的孔隙会发生气泡阻塞现象,这会妨碍气体扩散以及电解液在多孔电极内的流动,从而导致电极传质电阻的增加,进而影响电解水制氢的速率和能耗。采用3D金属打印技术制备了LSL-PTL、MMM-PTL和SLS-PTL三种规... 在电解水制氢的过程中,多孔电极内的孔隙会发生气泡阻塞现象,这会妨碍气体扩散以及电解液在多孔电极内的流动,从而导致电极传质电阻的增加,进而影响电解水制氢的速率和能耗。采用3D金属打印技术制备了LSL-PTL、MMM-PTL和SLS-PTL三种规则的镍铁合金电极扩散层,进行了可视化的水电解实验,定量地记录了不同电流密度下梯度多孔传输层中气液两相流动的变化,包括气泡形态、孔隙含气率和气泡脱离速率等参数,研究扩散层梯度对气液传质过程的影响,并分析了不同电极梯度结构对电解过程中阻抗和过电位的影响。实验结果显示,与SLS-PTL和MMM-PTL相比,LSL-PTL的梯度结构从催化层即逐渐增大孔隙尺寸,始终保持较低的容积含气率,可以加速气泡在扩散层中的迁移,使气液交换更加频繁,有效减小气液传质阻力,并获得更低的传质阻抗和电解过电位,三种梯度电极在相同电流密度下的电解电势关系为ELSL<E_(MMM)<E_(SLS)。因此,在水电解中采用LSL-PTL梯度的扩散层可以提高制氢效率,减少能耗损失。这项研究为水电解制氢中气液传质过程的主动控制和电解池多孔传输层的结构设计提供了直观依据,对电解水制氢技术的进一步发展具有积极推动作用。 展开更多
关键词 水电解 多孔传输层 梯度结构 制氢 气液两相流
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电解水制氢技术的研究现状及未来发展趋势 被引量:4
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作者 陈颖 《太阳能》 2024年第1期5-11,共7页
氢能作为向绿色低碳能源转型的重要抓手,受到了世界各国的广泛关注和极大重视。电解水制氢作为重要的绿色制氢技术,尤其是利用可再生能源转化的电力制氢,未来具有广阔的市场前景。通过分析4种主要电解水制氢技术和电解槽技术的研究现状... 氢能作为向绿色低碳能源转型的重要抓手,受到了世界各国的广泛关注和极大重视。电解水制氢作为重要的绿色制氢技术,尤其是利用可再生能源转化的电力制氢,未来具有广阔的市场前景。通过分析4种主要电解水制氢技术和电解槽技术的研究现状,总结了电解水制氢技术的未来发展趋势。以期本研究可为碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、固体氧化物电解水制氢和阴离子交换膜电解水制氢技术的研究方向提供参考思路,助力电解水制氢技术的研发和商业化进程。 展开更多
关键词 电解水制氢 电解槽 可再生能源 绿氢 碳达峰 碳中和
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碱性水电解制氢阴极催化剂研究进展
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作者 花春阳 刘璐 +4 位作者 胡南 赵麒 姜义 李岩 曾燕 《长春工程学院学报(自然科学版)》 2024年第3期73-80,共8页
氢能因能量密度高、绿色无污染、应用广泛等优点,被认为是21世纪理想的清洁能源。水电解制氢是解决能源危机和环境问题的重要方法之一,其中碱性水电解制氢的主要问题在于催化剂成本较高。为了降低制氢成本,提高制氢效率,科研工作者致力... 氢能因能量密度高、绿色无污染、应用广泛等优点,被认为是21世纪理想的清洁能源。水电解制氢是解决能源危机和环境问题的重要方法之一,其中碱性水电解制氢的主要问题在于催化剂成本较高。为了降低制氢成本,提高制氢效率,科研工作者致力于开发出具有优异催化活性的廉价阴极催化剂。综述近年来碱性水电解阴极催化剂的研究进展,对贵金属基催化剂、过渡金属催化剂、合金催化剂和碳基催化剂等高效析氢催化剂展开讨论。 展开更多
关键词 碱性电解水 电催化剂 析氢反应 阴极催化剂 氢能源
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考虑多类型电解槽差异化特征的分布式电热氢系统优化设计
13
作者 张雪松 陈杨 +3 位作者 倪筹帷 陈哲 李志浩 陈健 《浙江电力》 2024年第4期1-11,共11页
为了提升可再生能源利用率和分布式电热氢系统的经济性和环保性,从风光发电的强波动性和多类型电解槽的差异化特征出发,建立了多类型电解槽统一模型,提出了考虑多类型电解槽差异化特征的分布式电热氢系统优化设计方法,综合利用碱性电解... 为了提升可再生能源利用率和分布式电热氢系统的经济性和环保性,从风光发电的强波动性和多类型电解槽的差异化特征出发,建立了多类型电解槽统一模型,提出了考虑多类型电解槽差异化特征的分布式电热氢系统优化设计方法,综合利用碱性电解槽、质子交换膜电解槽以及固体氧化物电解槽在经济性、灵活性和高效性方面的差异,分别消纳不同波动特征的可再生能源。算例结果表明,该方法能够综合利用多类型电解槽的差异化特征,使多类型电解槽的运行灵活性与风光出力波动相匹配,综合提升分布式电热氢系统的经济性和环保性。 展开更多
关键词 风光强波动性 多类型电解槽 优化设计 电热氢系统
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电解水制氢研究现状
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作者 程雅雯 任晓勇 +2 位作者 李恒东 宾永锋 赵勇 《机械制造》 2024年第7期37-39,79,88,共5页
介绍了电解槽类别,论述了电解水制氢成本,展望了绿电制氢和海水制氢的应用前景,并分析了国内外可再生能源电解水制氢项目。
关键词 电解水 制氢 研究 综述
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PEMWE钛双极板表面碳化钛复合涂层制备与性能研究
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作者 王银虎 肖天涛 +3 位作者 宋智慧 刘月 张衡 王新东 《绿色科技》 2024年第12期246-250,256,共6页
质子交换膜电解池中钛双极板起着传导电流、支撑结构以及传输水气的作用,但在酸性富氧高极化环境中,其表面容易氧化和腐蚀,导致电解效率下降。采用氮气雾化喷涂-热处理的方法在TA1钛基体表面制备碳化钛/环氧树脂/聚酰亚胺复合涂层。复... 质子交换膜电解池中钛双极板起着传导电流、支撑结构以及传输水气的作用,但在酸性富氧高极化环境中,其表面容易氧化和腐蚀,导致电解效率下降。采用氮气雾化喷涂-热处理的方法在TA1钛基体表面制备碳化钛/环氧树脂/聚酰亚胺复合涂层。复合涂层中碳化钛颗粒主要提供高导电性和耐蚀性,而黏结剂主要提高涂层与基体的结合力。当黏结剂中环氧树脂与聚酰亚胺树脂质量比为4∶1时制备的样品表面均匀无裂纹,在140 N/cm^(2)压力下,该样品的接触电阻(1.35 mΩ/cm^(2))比钛基体低了28.95%。在1.8 V(相对于可逆氢电极)恒电位极化过程中,具有碳化钛复合涂层的样品表现出更低的极化电流密度和更高的稳定性。 展开更多
关键词 质子交换膜 钛双极板 碳化钛 氮气雾化喷涂 界面接触电阻
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Electrochemical reconstruction of non-noble metal-based heterostructure nanorod arrays electrodes for highly stable anion exchange membrane seawater electrolysis
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作者 Jingchen Na Hongmei Yu +7 位作者 Senyuan Jia Jun Chi Kaiqiu Lv Tongzhou Li Yun Zhao Yutong Zhao Haitao Zhang Zhigang Shao 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期370-382,共13页
Direct seawater electrolysis for hydrogen production has been regarded as a viable route to utilize surplus renewable energy and address the climate crisis.However,the harsh electrochemical environment of seawater,par... Direct seawater electrolysis for hydrogen production has been regarded as a viable route to utilize surplus renewable energy and address the climate crisis.However,the harsh electrochemical environment of seawater,particularly the presence of aggressive Cl^(-),has been proven to be prone to parasitic chloride ion oxidation and corrosion reactions,thus restricting seawater electrolyzer lifetime.Herein,hierarchical structure(Ni,Fe)O(OH)@NiCoS nanorod arrays(NAs)catalysts with heterointerfaces and localized oxygen vacancies were synthesized at nickel foam substrates via the combination of hydrothermal and annealing methods to boost seawater dissociation.The hiera rchical nanostructure of NiCoS NAs enhanced electrode charge transfer rate and active surface area to accelerate oxygen evolution reaction(OER)and generated sulfate gradient layers to repulsive aggressive Cl^(-).The fabricated heterostructure and vacancies of(Ni,Fe)O(OH)tuned catalyst electronic structure into an electrophilic state to enhance the binding affinity of hydroxyl intermediates and facilitate the structural transformation into amorphousγ-NiFeOOH for promoting OER.Furthermore,through operando electrochemistry techniques,we found that theγ-NiFeOOH possessing an unsaturated coordination environment and lattice-oxygen-participated OER mechanism can minimize electrode Cl^(-)corrosion enabled by stabilizing the adsorption of OH*intermediates,making it one of the best OER catalysts in the seawater medium reported to date.Consequently,these catalysts can deliver current densities of 100 and 500 mA cm-2for boosting OER at minimal overpotentials of 245and 316 mV,respectively,and thus prevent chloride ion oxidation simultaneously.Impressively,a highly stable anion exchange membrane(AEM)seawater electrolyzer based on the non-noble metal heterostructure electrodes reached a record low degradation rate under 100μV h-1at constant industrial current densities of 400 and 600 mA cm-2over 300 h,which exhibits a promising future for the nonprecious and stable AEMWE in the direct seawater electrolysis industry. 展开更多
关键词 Direct seawater electrolysis Anion exchange membrane water ELECTROLYSIS Oxygen evolution reaction Oxygen vacancies Operando electrochemistry techniques
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混合电解槽制氢系统选型及评估方法
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作者 李建林 梁忠豪 +2 位作者 赵文鼎 李光辉 李明 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2653-2662,I0015,共11页
电解槽是光伏电解水制氢技术的关键设备,其性能的优劣是影响制氢技术发展的关键因素。目前已被投入工程应用的电解槽有碱性电解槽(alkaline electrolyzer,AEL)和质子交换膜电解槽(protonexchange membrane electrolyzer,PEMEL),两类电... 电解槽是光伏电解水制氢技术的关键设备,其性能的优劣是影响制氢技术发展的关键因素。目前已被投入工程应用的电解槽有碱性电解槽(alkaline electrolyzer,AEL)和质子交换膜电解槽(protonexchange membrane electrolyzer,PEMEL),两类电解槽在经济性和技术性方面各有优劣。因此,提出混合电解槽应用技术。首先,提出层次分析-熵权法综合评估方法,按照所提方法求得混合电解槽系统最优选型;其次,将混合电解槽系统应用在光储耦合制氢系统中,并搭建其仿真模型;在此基础之上,进行3类电解槽多个性能指标对比分析。结果表明,混合电解槽成本为同容量PEMEL设备成本的56%,且混合电解槽电解效率可达91.5%,验证了所提方案的适用性。 展开更多
关键词 质子交换膜电解槽 碱性电解槽 制氢 层次分析法 熵权法 评估选型
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可再生能源电解水制氢系统规划优化与生产模拟
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作者 张丝钰 张宁 +3 位作者 代红才 冯长有 周专 朱克平 《中国电力》 CSCD 北大核心 2024年第4期52-60,共9页
可再生能源电解水制备所得的氢气,可助力部分难以实现电气化替代的部门深度脱碳,并推动不同部门和能源网络之间形成协同效应。系统配置与生产运行方案的优化是降低绿氢制取成本、提升其经济竞争力的关键。本文提出了一种可再生能源电解... 可再生能源电解水制备所得的氢气,可助力部分难以实现电气化替代的部门深度脱碳,并推动不同部门和能源网络之间形成协同效应。系统配置与生产运行方案的优化是降低绿氢制取成本、提升其经济竞争力的关键。本文提出了一种可再生能源电解水制氢系统规划优化与生产模拟模型,深入分析风电/光伏、电化学储能等关键设备以及电解槽的容量配比、电价水平等关键因素对氢气平准化成本的影响机理,并结合西北、东南2个代表性地区开展典型案例研究。研究结果表明,用电成本是影响绿氢经济性的主要因素,绿氢项目向新能源富集地区聚集,在少数优质资源地的绿氢制取成本已降至20元/kg左右。若未来电价水平与当前基本持平,绿氢项目运行模式将逐步由并网向将电网作为备用的模式转变。研究结论可为绿氢项目的规划建设提供理论指导与重要参考。 展开更多
关键词 绿氢 电解水 规划优化 平准化成本 电解槽 储能
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设计稳定的钌基析氢和析氧反应催化剂的基本原理
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作者 苟王燕 王译晨 +3 位作者 张铭凯 谈晓荷 马媛媛 瞿永泉 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期68-106,共39页
清洁和可再生能源具有地域性和间歇性,需要能量转换和存储技术来解决这些问题.氢气(H_(2))具有无毒、易得、经济、储量丰富和零碳排放的优势,作为能源媒介展现出巨大的潜力.而电分解水技术,因其高效性和便利性,成为了一种极具吸引力、... 清洁和可再生能源具有地域性和间歇性,需要能量转换和存储技术来解决这些问题.氢气(H_(2))具有无毒、易得、经济、储量丰富和零碳排放的优势,作为能源媒介展现出巨大的潜力.而电分解水技术,因其高效性和便利性,成为了一种极具吸引力、应用前景广阔且可靠的能源技术.研究表明,在较宽的pH范围内,贵金属催化剂仍然是最优的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)催化剂.其中,钌(Ru)作为一种相对便宜的铂族金属,显示出在HER中替代商业铂碳(Pt/C)催化剂以及在OER中替代铱(Ir)的潜力.然而,尽管在提高钌基催化剂的催化活性方面取得了很大进展,但其稳定性问题仍然是阻碍其实际应用的主要障碍.因此,迫切需要全面梳理和综述关于设计稳定钌基HER和OER催化剂的基本原理和最新进展,更好地理解钌基催化剂的催化机理,深入认识影响其稳定性的关键因素,以期为解决这一挑战提供有力的理论支持和实践指导.本文系统总结了钌基催化剂在电分解水反应中关于稳定性研究的最新进展.首先,简要介绍了钌基催化剂在HER/OER中的反应机理以及与之相关的理论计算、原位表征技术、稳定性测试手段和评价标准等方面的研究进展.接下来,详细探讨了钌基催化剂在HER/OER过程中的失活机制,包括载体腐蚀、奥斯特瓦尔德成熟、团聚、颗粒脱离、活性位点中毒、金属溶解、过度氧化和晶体结构坍塌等.基于以上对失活机制的认识,进一步归纳了提高钌基催化剂稳定性的设计策略和机制.在HER方面,从引入导电基底、构筑核壳结构、形成镶嵌结构、增强金属-载体相互作用、相转变工程以及调节中间体吸附和脱附行为等方面阐述了提高钌基催化剂稳定性的策略.对于OER过程,也总结了一系列提高钌基催化剂OER稳定性的策略,包括与铱杂化、构筑核壳结构、引入稳定的载体、化学掺杂、形成固溶体以及转变反应路径.在分析了各种策略的优缺点并提出改进方向后,还概述了钌基催化剂在全电解水以及器件中的研究现状.最后,指出了钌基催化剂稳定性研究所面临的挑战和未来的研究方向:(1)需要更贴近工业实际的稳定性测试策略和评价标准;(2)对失活机制的进一步研究;(3)原位技术的进一步发展和应用;(4)探索更多先进的改性策略,如非晶态载体、范德华异质结、自旋态调节以及微环境调节等;(5)关注实际应用中可能遇到的问题,如催化剂大规模制备、双功能催化剂的设计以及杂质的影响.综上,本文系统地总结了钌基催化剂的反应机制、稳定性测试方法与评价标准、失活机制、设计策略、研究进展、具体应用以及目前存在的挑战,希望能够进一步促进该领域深入水平研究.同时,本文对光催化、热催化、酶催化等催化领域的研究也提供一定的参考和借鉴. 展开更多
关键词 电催化 水分解 失活机理 钌基催化剂 稳定性
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基于混合电解槽制氢系统的功率分配技术
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作者 李建林 赵文鼎 +2 位作者 梁忠豪 缪惠宇 袁晓冬 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2024年第13期9-18,共10页
光伏(PV)电解水制氢技术是实现PV消纳和绿电制氢的重要手段。在波动电源输入状态下,电解槽制氢系统运行稳定性及制氢经济性存在较多问题。针对这些问题,提出基于混合电解槽制氢系统的PV制氢方案,采用碱性电解槽(AEL)制氢系统与质子交换... 光伏(PV)电解水制氢技术是实现PV消纳和绿电制氢的重要手段。在波动电源输入状态下,电解槽制氢系统运行稳定性及制氢经济性存在较多问题。针对这些问题,提出基于混合电解槽制氢系统的PV制氢方案,采用碱性电解槽(AEL)制氢系统与质子交换膜电解槽(PEMEL)系统相结合的方法,提出混合电解槽制氢系统功率优化控制技术和容量配置方法,在实现不同类型电解槽组合运行、合理配置的基础上,提升制氢性能。结果表明,混合电解制氢系统与单一AEL制氢技术相比,制氢量提升了5%,波动率大幅降低,制氢成本相较于PEMEL电解水制氢系统大幅降低。采用功率优化控制技术后,同等功率运行下,制氢量提升。单一电解槽处于波动工况下,采用阵列轮换方式保证了电解槽系统安全运行。研究结果可以为实现PV消纳以及多类型电解槽安全运行模式提供参考。 展开更多
关键词 光伏发电 碱性电解槽 质子交换膜电解槽 容量配置 功率分配
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