【所屬領域】
能源環(huán)保
【痛點問題】
隨著全球化石燃料的消耗不斷增加，由此帶來的環(huán)境污染和能源短缺問題愈發(fā)嚴重，能源問題和環(huán)境問題已經成為21世紀人類需要面對的兩大難題。氫氣（H2）由于其高能量密度（142 kJ·kg-1）和無污染，被認為是化石燃料最有前途的替代品。以氫氣作為“能源載體”的氫能經濟正在引發(fā)全球人類的廣泛關注。在實現全球碳排放凈零排放（NZE）戰(zhàn)略目標背景以及我國“雙碳”目標的政策下，實現能源生產結構轉變成了最關鍵的挑戰(zhàn)，經統計預估2060年我國氫氣需求量預計1.3億萬噸。海水占地球總水資源量97.5%，直接利用海水制氫是未來理想、可持續(xù)發(fā)展的方向。但海水電解制氫面臨著嚴峻的氯離子腐蝕以及陰極鈣鎂離子沉淀等問題，且反應動力學遲緩，這些問題尚未得到解決。
【解決方案】
設計了一種Na+交換膜分隔的pH不對稱電解體系，Na+交換膜可以阻止天然海水中的Cl-向陽極運輸，從而避免了競爭性的Cl-氧化。在接近中性的海水（pH<9.5）和流動電解質中，Ca2+和Mg2+沉淀物的問題將得到緩解。此外，在這個體系中陰陽極不對稱pH值電解質之間的化學勢差可以用來降低直接電解海水所需的整體電壓。在電流密度100mA·cm-2時電壓僅為1.46V，是目前性能最好的直接海水電解裝置之一。此外，在400 mA·cm-2，80°C的工條件下，電壓僅為1.66 V，生產每立方米H2對應的電能為3.96 kW·h，低于我國科技部和美國能源部指標，處于領先水平，該工作也已經發(fā)表在國際高水平期刊Nature communications上（Nat. Commun., 2023, 14, 3934.）。
圖1 不對稱直接電解海水體系的性能圖
【性能指標】
本項目同類技術對比表
電流密度對應電壓、能耗 |
參考文獻 |
250 mA cm-2 |
1.95 V |
4.6 kWh Nm-3 H2 |
Nature, 2022, 612, 673. |
400 mA cm-2 |
2.3 V |
5.3 kWh Nm-3 H2 |
400 mA cm-2 |
1.66 V |
3.96 kWh Nm-3 H2 |
本項目 |
【競爭優(yōu)勢】
本技術具有更低的制氫能耗，相比于當前國內外最先進直接電解海水制氫技術能耗降低＞25%，且能耗低于傳統電解純水制氫技術。
本技術可以用于直接電解海水制氫，能夠與海上風電等技術相耦合。
【技術熟化度】
研發(fā)階段
【產業(yè)化應用】
本技術可與海上風電、光電等可再生能源技術相配套，且可適用于淡水資源貧乏地區(qū)，并可用于基于氫能的儲能，對雙碳目標的達成具有重大意義，具備廣闊的應用前景。
發(fā)展規(guī)劃：
本項目近五年規(guī)劃如下：
時間 |
發(fā)展規(guī)劃 |
2024年~2025年 |
完成核心產品的技術優(yōu)化，各項指標達到國際先進水平，并且完成第三方技術認證報告； 組建團隊，完成天使輪融資； |
2025年~2027年 |
進行相關產品的中試生產，產品完成客戶試用； 組建銷售團隊，完善核心成員的引進； |
2027年~2028年 |
引進相關資本，完成A輪融資； 進行規(guī)模化生產線的建設與調試； |
2029年 |
完成產品的規(guī)模化生產，產品完成客戶驗證； 系列產品形成日常銷售； |
知識產權：
該成果已申請/授權多項中國發(fā)明專利。
合作方式：
專利許可、專利轉讓、作價入股、技術開發(fā)、面談等。
【聯系方式】
CG24006
