用于安全制氢的高性能锌-空气电池研制成功

　　韩国科学技术院（KAIST）研究小组的这一系统采用了水溶性电解质的分水工艺，以确保稳定制氢，同时降低火灾风险。该小组利用高性能锌-空气电池创建了一个能自行生产氢气的系统。

　　基于锌-空气电池的制氢系统使用一种高活性、长效催化剂，在低温条件下进行三个关键反应，且实施简单。KAIST材料科学与工程系教授Jeung Ku Kang在一份声明中说，这种新型催化剂将是 “新的突破，可以克服目前绿色制氢的局限性”。

制氢效率挑战

　　氢气的能量密度高达142兆焦耳/千克，是汽油和柴油等化石燃料的三倍，因此被公认为一种清洁燃料。然而，传统的氢气生产方法会导致大量二氧化碳（CO2）排放。

　　通过利用太阳能和风能等可再生能源进行水裂解来生产绿色氢气更环保，不过这些能源经常会因为温度和天气变化而出现效率问题。

　　为了克服这一困难，目前正在研究可为水裂解提供1.23V或更高电压的空气电池，作为其他动力源。为了获得必要的容量，这些空气电池必须使用贵金属催化剂，而长时间的充放电会迅速降低催化剂材料的功效。

　　研究小组称，这种限制强调了在追求可持续和有效的绿色制氢过程中，需要更可靠和更经济的替代品。

　　研究人员在一份声明中说：“必须开发出一种催化剂，它既能有效地进行水裂解反应（制氧、制氢），又是锌空气电池电极反复充放电反应（氧还原、制氧）的稳定材料。”

高效催化剂创新

　　在他们的新工作中，KAIST的研究人员利用石墨烯砂状分层结构开发出了一种新型非贵金属催化剂材料（G-SHELL）。

　　G-SHELL的基础是位于氧化石墨烯（GO）表面的沸石咪唑框架（ZIF）。它具有中空的核壳结构，具有不同的催化层：核心层为硫化钴（II、III）（Co3S4），可促进氧进化（OER）；壳层为二硫化钼（MoS2），可促进氢进化（HER）和氧还原（ORR）过程。

　　三维中空形式可加速离子传输，而核心和外壳之间的导电石墨烯层则起到电子通道的作用。先进的成像和分析证实了它的结构和内部电场能增强电子传输，从而加快反应速度。

　　最后，G-SHELL使用可充电锌空气电池（ZAB）为水分离系统供电。它在多种反应中表现出极高的效率，在放电时将空气转化为氢氧化物，在充电时产生氧气。

　　研究小组证实，空气电池设计的催化剂能量密度为797Wh/kg，是现有电池的5倍。在反复充电的情况下，它能保持长期稳定运行，输出功率高达275.8mW/ cm2。锌空气电池使用水溶性电解质，并且防火，因此被认为是一种环保的制氢方法。据研究人员称，它可以与水电解系统结合使用，作为下一代能源存储设备。

　　研究小组的详细研究成果发表在《先进科学》杂志上。 （逸文）

海量资讯、精准解读，尽在新浪财经APP