INL的研究人員展示了在比以前更低的溫度下產生高性能的電化學氫（圖片來源:愛達荷國家實驗室）
美能源部/愛達荷國家實驗室——愛達荷州國家實驗室研究人員發表的一篇新論文中概述的研究結果表明，工業氫氣的生產效率更高。在論文中， Dong Ding博士和他的同事們詳細介紹了氫氣生產的進展，氫氣用於煉油、石化製造以及作為一種環保的交通燃料。
研究人員展示了在比以前更低的溫度下產生高性能的電化學氫。這歸因於一個關鍵的進展：一個源自編織墊的自組裝陶瓷蒸汽電極。
“我們發明了一種可伸縮的3D自組裝蒸汽電極，”Ding說。“超高孔隙率和3D結構使質量/電荷轉移更好，因此性能更好。”
在《先進科學》雜誌(DOI: 10.1002/advs.201800360)發表的一篇論文中，研究人員報道了一種新型3D自組裝蒸汽電極的高效質子傳導固態氧化物電解電池(P-SOECs)的設計、製造和表徵。這些電池的工作溫度低於600攝氏度。在測試期間，它們以連續數天的高速率持續產生氫氣。
氫是一種環保燃料，部分原因是當它燃燒的結果就是水。然而，於純氫目前還沒有合適的天然來源。當前，氫是通過蒸汽重整(或“裂解”)碳氫化合物(如天然氣)獲得的。然而，這個過程需要化石燃料併產生碳副產品，這使得它不太適合可持續生產。
相反，蒸汽電解只需要水和電來分解水分子，從而產生氫和氧。電力可以來自任何來源，包括風能、太陽能、核能和其他無排放的來源。能夠在儘可能低的溫度下高效地進行電解，將所需能量降至最低。
P-SOEC具有多孔蒸汽電極、氫電極和質子傳導電解質。當施加電壓時，蒸汽通過多孔蒸汽電極，在電解液邊界變成氧和氫。由於不同的電荷，這兩種氣體分離並在各自的電極上收集。
因此，多孔蒸汽電極的結構至關重要，這就是為什麼研究人員採用了一種創新的方法來製造它。他們從編織墊開始，將其放入含有他們想要使用的元素的前體溶液中，然後將其燒開，去掉織物，留下陶瓷。結果是一個陶瓷版本的原始紡織品。
他們把陶瓷織物放在電極上，發現在操作過程中，線之間發生了橋接。根據這項工作的主要貢獻者、Wei Wu博士的說法，這將提高電極的質量和電荷轉移以及穩定性。
電極和質子傳導的使用使600攝氏度以下的高產氫率比傳統高溫蒸汽電解法要低幾百度。較低的溫度使制氫過程更持久，而且在電解電池中需要更少昂貴的耐熱材料。
雖然氫已經被用於為車輛提供動力、儲存能源和作為便攜式能源，但這種方法可以為高容量生產提供一個更有效的替代方法。
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