INL的研究人员展示了在比以前更低的温度下产生高性能的电化学氢（图片来源:爱达荷国家实验室）
美能源部/爱达荷国家实验室——爱达荷州国家实验室研究人员发表的一篇新论文中概述的研究结果表明，工业氢气的生产效率更高。在论文中， Dong Ding博士和他的同事们详细介绍了氢气生产的进展，氢气用于炼油、石化制造以及作为一种环保的交通燃料。
研究人员展示了在比以前更低的温度下产生高性能的电化学氢。这归因于一个关键的进展：一个源自编织垫的自组装陶瓷蒸汽电极。
“我们发明了一种可伸缩的3D自组装蒸汽电极，”Ding说。“超高孔隙率和3D结构使质量/电荷转移更好，因此性能更好。”
在《先进科学》杂志(DOI: 10.1002/advs.201800360)发表的一篇论文中，研究人员报道了一种新型3D自组装蒸汽电极的高效质子传导固态氧化物电解电池(P-SOECs)的设计、制造和表征。这些电池的工作温度低于600摄氏度。在测试期间，它们以连续数天的高速率持续产生氢气。
氢是一种环保燃料，部分原因是当它燃烧的结果就是水。然而，于纯氢目前还没有合适的天然来源。当前，氢是通过蒸汽重整(或“裂解”)碳氢化合物(如天然气)获得的。然而，这个过程需要化石燃料并产生碳副产品，这使得它不太适合可持续生产。
相反，蒸汽电解只需要水和电来分解水分子，从而产生氢和氧。电力可以来自任何来源，包括风能、太阳能、核能和其他无排放的来源。能够在尽可能低的温度下高效地进行电解，将所需能量降至最低。
P-SOEC具有多孔蒸汽电极、氢电极和质子传导电解质。当施加电压时，蒸汽通过多孔蒸汽电极，在电解液边界变成氧和氢。由于不同的电荷，这两种气体分离并在各自的电极上收集。
因此，多孔蒸汽电极的结构至关重要，这就是为什么研究人员采用了一种创新的方法来制造它。他们从编织垫开始，将其放入含有他们想要使用的元素的前体溶液中，然后将其烧开，去掉织物，留下陶瓷。结果是一个陶瓷版本的原始纺织品。
他们把陶瓷织物放在电极上，发现在操作过程中，线之间发生了桥接。根据这项工作的主要贡献者、Wei Wu博士的说法，这将提高电极的质量和电荷转移以及稳定性。
电极和质子传导的使用使600摄氏度以下的高产氢率比传统高温蒸汽电解法要低几百度。较低的温度使制氢过程更持久，而且在电解电池中需要更少昂贵的耐热材料。
虽然氢已经被用于为车辆提供动力、储存能源和作为便携式能源，但这种方法可以为高容量生产提供一个更有效的替代方法。
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