固体氧化物电解池制氢关键技术及产业化进展

随着双碳目标和能源革命的持续推进,氢能作为重要的清洁能源受到广泛关注。在众多的制氢途径中,固体氧化物电解池(solid oxide electrolytic cell,SOEC)电解水制氢被认为是最有前景的制氢途径之一。为更好地服务SOEC电解水制氢的产业化发展,对SOEC技术的研究现状和面临的挑战进行了系统梳理。虽然SOEC电解水制氢具有制氢效率高、环境污染小、余热高效利用等优点,但在长时间稳定运行和大规模集成上还有许多难点问题亟需解决,目前国内SOEC产业化尚在起步阶段,与国外发展水平还有一定的差距。提升材料的稳定性、优化系统控制是SOEC技术的重点发展方向。此外,加快SOEC产业化进程还需要协同发展上下游产业链,进一步降低制备成本。随着技术的成熟,SOEC有望在化工、分布式能源等领域获得广泛的应用。

中空硫球-MoS_(2)/rGO材料的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池凭借高理论能量密度和高理论比容量的优势成为极具发展前景的储能设备。然而,单质硫和硫化锂的绝缘性、放电过程中产生的体积膨胀及多硫化物溶解导致的“穿梭效应”等问题,限制其商业化发展。为解决上述问题,采用低温液相法合成中空硫球(HS),通过水热法制备纳米花状MoS_(2)/还原氧化石墨烯(MoS_(2)/rGO),随后将MoS_(2)/rGO包覆在HS表面获得HS-MoS_(2)/rGO复合正极材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS等对该材料的晶体结构、形貌等性质进行表征,采用循环伏安法、交流阻抗法以及恒流充放电对复合正极进行电化学测试。研究表明,MoS_(2)/rGO对多硫化物具有强吸附能力和高催化活性,能够有效限制多硫化物的穿梭;同时硫球的中空结构能够缓解体积膨胀,保持正极结构稳定。HS-MoS_(2)/rGO正极展现出优异的倍率性能和循环稳定性。

双金属硫化物CuCo2S4的合成及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因较高的比能量近年来得到了广泛的关注,然而其发展需要克服中间产物的穿梭效应、硫的绝缘性和正极体积膨胀等诸多问题。为了有效抑制穿梭效应,采用普鲁士蓝类似物衍生的方法合成了一种尖晶石结构的双金属硫化物CuCo2S4,并将其用于锂硫电池正极。利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等手段对合成的材料的晶体结构、形貌等性质进行分析,采用循环伏安法及恒流充放电对CuCo2S4-S复合正极的电化学性能进行测试。研究表明,CuCo2S4-S正极展现出优异的电化学性能,在0.2C倍率下首次放电容量为959 mA·h·g^−1,经过100个循环后容量保持在591 mA·h·g^−1。较高的放电比容量和良好的循环稳定性归因于CuCo2S4材料内部的中空结构可容纳活性物质硫,并起到物理限域作用;同时,极性CuCo2S4可有效地化学吸附多硫化物,抑制多硫化物的穿梭效应造成的容量损失。