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新装置浸入盐水中可产生氢气

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随着可再生能源价格的下降,人们越来越有兴趣寻找经济节约的方法。 电池可以应对短期的产量激增,但可能无法应对电力生产的长期短缺或季节性变化。 氢气是正在考虑的几种选择之一,它有可能在可再生能源高生产力时期之间充当长期桥梁。

但氢有其自身的问题。 从能量的角度来看,通过分解水获得它的效率非常低,而且很难长期储存。 大多数制氢催化剂也最适用于干净的水——不一定是现成的那种,因为气候变化增加了干旱的强度。

新装置浸入盐水中可产生氢气

中国的一组研究人员开发了一种可以从海水中制氢的装置——事实上,它需要在海水中才能使装置工作。 任何了解大多数防水服装工作原理的人都会熟悉他工作背后的关键概念。

防水、透气的衣服依赖于具有精心构造的孔隙的膜。 膜由排斥水的材料制成。 它有孔隙,但它们太小而无法让液态水通过。 但它们足够大,单个水分子可以通过它们。 结果,衣服外面的所有水都留在那里,但是蒸发的里面的汗水仍然会流过织物并流到外面的世界。 结果,织物会呼吸。

这种膜对于新设备的功能至关重要。 它不会让液态水通过膜,但会让水蒸气通过。 最大的区别在于液态水位于膜的两侧。

外部 - 含有标准盐分的海水。 里面是一种单一盐的浓缩溶液——在这种情况下是氢氧化钾 (KOH)——它与产生氢气的电解过程兼容。 浸入 KOH 溶液中的是一组电极,可在分离器两侧产生氢气和氧气,从而保持气流清洁。

设备开始工作后会发生什么? 当设备内的水分解产生氢气和氧气时,降低的水位会增加苛性盐溶液的浓度(最初比海水浓度高得多)。 这使得使水通过海水膜稀释 KOH 变得节能。 而且,由于孔隙,这是可能的,但前提是水以蒸汽的形式移动。

氢

因此,在膜内,水会在短时间内保持蒸汽状态,然后一进入设备就会迅速变成液体。 海水中包含的所有复杂盐类混合物都保留在膜外,并且源源不断的淡水流被提供给将其分开的电极。 重要的是,所有这一切都在不使用通常用于海水淡化的能源的情况下发生,从而使整个过程比处理用于标准电解槽的水更节能。

原则上,这一切听起来不错,但它真的有效吗? 为了找出答案,该团队组装了该设备并在深圳湾(香港和澳门以北的一个海湾)的海水中进行了测试。 从几乎所有合理的衡量标准来看,它都表现良好。

它甚至在使用 3200 小时后仍能保持性能,使用后的膜电子显微镜显示,在此阶段孔隙保持畅通。 用于该系统的 KOH 并不完全纯净,因此它含有少量海水中的离子。 但这些水平并没有随着时间的推移而增加,证实该系统不允许海水进入电解室。 在能源消耗方面,该系统使用的与标准电解槽大致相同,证实水处理不需要任何能源消耗。

KOH 溶液也是自平衡的,如果内部溶液太稀,水扩散到设备中的速度会减慢。 如果浓度太高,电解效率会下降,因此水的去除速度会减慢。

作者估计他们的设备可以在深达 75 米的海水压力下运行。然而,这些深度的温度可能是有限的,因为水在 30°C 时通过膜的扩散速率是 0°C 时的六倍摄氏度。

即使有所有这些好消息,仍有机会提高绩效。 KOH 以外的各种盐都可以,有些可能效果更好。 研究人员还发现,将 KOH 掺入电极周围的水凝胶中会增加氢气的产生。 最后,改变水分解中使用的电极的材料或结构可能会进一步加快这一过程。

最后,该团队表示,它可能不仅仅用于制氢。 他们没有使用海水,而是将其中一个设备浸入锂的稀释溶液中,发现在运行 200 小时后,由于水进入设备,锂的浓度增加了 40 多倍。 还有许多其他情况,例如受污染水的处理,这种集中能力可以发挥作用。

这并不能解决与使用氢作为能量储存相关的所有问题。 但它肯定有可能让我们从这些问题列表中删除“对清洁水的需求”。

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