新型制氢工艺登上《Science》，利用质子陶瓷电化学反应器实现提氢效率>99%
氢能作为能源技术革命的重要发展方向，被视为21世纪最有前景的清洁能源之一。燃料电池是将氢能转化为电能最有效的转换装置。根据E4 Tech数据显示，交通运输——燃料电池汽车是当前燃料电池最主要的应用场景。氢气成本是制约燃料电池汽车商业化的瓶颈之一，因此制氢的经济性非常重要。
近日，《Science》报道了一篇提氢效率大于99%的研究，来自挪威奥斯陆大学的Clark的研究团队通过利用电化学膜反应器从更便捷和更经济的载体（包括氨NH3、甲烷CH4和沼气等生物质能）中剥离氢，解决了氢基础设施的需求。通过使用现有的基础设施，这些燃料可能会被输送到一个需要的地方，然后它们可以转化为氢气用于燃料电池。
相关工作以“Single-step hydrogen production from NH3, CH4, and biogas in stacked proton ceramic reactors”为题发表在最新一期的《Science》上。
传统的催化膜反应器使用的是渗透氢的膜，通常由钯或钯合金制成，而不是渗透质子的膜。通过机械压力，氢气可以通过传统的膜，从而产生化学势梯度。在电化学膜反应器中，通过施加电压(或电流)驱动质子穿过膜，间接驱动氢气的流量。
质子陶瓷电化学反应器通过将吸热重整反应与电化学气体分离和压缩产生的热量相结合，有效地从氨、甲烷和沼气中提取氢气。通过结合热化学催化剂，反应器可以促进载体的分解，并通过一个导电质子的固体膜电化学泵送氢。
基于此，Clark等人通过设计一种逆流几何结构来应对这一挑战，这种结构可以将电化学泵在反应器下游产生的热量传递到反应器上游，在那里载体分解反应进而冷却系统。除了使用逆流设计外，还通过制定互连材料来缓解热梯度，该材料提供了良好的传热以及反应堆中相邻单元之间的电接触。互连组件也被设计成与反应器电化学组件的热膨胀行为相匹配，从而有助于其长期稳定性。
随着反应器设计和材料组成的进步，Clark团队在这项工作中实现了载气转换、氢气回收、系统尺寸和反应器寿命的前所未有的组合，实现了氢载体氨上甲烷的完全转化以及> 99%的提氢效率。在这项工作里，Clark团队将质子陶瓷电化学反应器堆叠成实用的热电化学装置展示了它们在高效制氢方面的潜力。
为了证明该技术的实际意义，Clark团队提供了电动汽车(BEVs)、柴油内燃机(ICEs)和H2燃料电池电动汽车(FCEVs)的CO2排放比较，以此来说明提高氢通量在实际应用中的可行性。
氢能市场前景广阔，制氢是未来发展重点，长期来看，经济性是未来可再生能源电解水制氢市场可持续性发展的关键，制氢技术的不断探索将有助于提高制氢经济性，未来，制氢实现规模化、产业化将指日可待。
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编辑：戴戴联系邮箱：daixinxin@acmi.org.cn
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