電化學知識

PAR：今天可真冷啊！趕緊把暖氣打開。

SOL：的(de)确！今年冬天全球都很冷...

PAR：哦，怎麽一(yī / yì ／yí)籌莫展的(de)。

SOL：唉，我的(de)家鄉，英國(guó)今年已經出(chū)現了(le／liǎo)全國(guó)範圍的(de)缺電，缺油和(hé / huò)缺氣。歐洲，亞洲都出(chū)現了(le／liǎo)不(bù)同程度的(de)能源短缺問題。能源緊缺已經迫在(zài)眉睫了(le／liǎo)。

PAR：天然氣，煤炭和(hé / huò)石油等化石能源的(de)不(bù)可持續性，不(bù)能成爲(wéi / wèi)未來(lái)能源方案的(de)選擇。

SOL：對，中國(guó)将在(zài)2030年完成碳達峰，并在(zài)2060年達成碳中和(hé / huò)，将爲(wéi / wèi)應對全球氣候變化做出(chū)重大(dà)貢獻。

PAR：既要(yào / yāo)解決能源短缺，又要(yào / yāo)應對環境污染。各國(guó)都在(zài)努力提高太陽能，風能，地(dì / de)熱能等新能源在(zài)各自能源結構中的(de)占比。

SOL：但可再生能源存在(zài)能量密度低以(yǐ)及間歇性的(de)問題，所以(yǐ)如何将其轉換成穩定能源，是(shì)能更廣泛利用可再生能源的(de)關鍵所在(zài)。

PAR：你是(shì)不(bù)是(shì)想說(shuō)氫能啊？

SOL：沒錯，氫能的(de)獲取渠道(dào)多，燃燒後的(de)産物是(shì)水，使之(zhī)将成爲(wéi / wèi)未來(lái)清潔能源産業的(de)希望。

PAR：我們電化學将在(zài)氫能産業中扮演什麽樣的(de)角色呢？

SOL：我們想到(dào)一(yī / yì ／yí)塊了(le／liǎo)，電化學在(zài)氫能制備和(hé / huò)氫能使用兩個(gè)環節都大(dà)有可爲(wéi / wèi)！

PAR：那你快給分析下。

SOL：在(zài)制氫環節，以(yǐ)往常用的(de)方式是(shì)化石燃料的(de)裂化反應。但制氫純度低，原料來(lái)源少等問題限制了(le／liǎo)該技術的(de)發展。在(zài)此背景下，電解制氫技術開始受到(dào)了(le／liǎo)關注。

PAR：哇哦，電化學制氫！

SOL：沒錯，電化學制氫技術主要(yào / yāo)有三種：1.堿性電解水（Alkaline water electrolysis），該技術已非常成熟，是(shì)全球使用*廣泛的(de)商業技術。但這(zhè)并不(bù)能掩蓋其制氫電流密度小，制氫純度低的(de)缺點。2. 上(shàng)世紀80年代誕生的(de)一(yī / yì ／yí)種管式固體氧化物電解池制氫技術SOEC（Solid oxide electrolyzer），大(dà)大(dà)提高了(le／liǎo)制氫效率。有文獻提到(dào)在(zài)低至1.07V的(de)電壓下，實現了(le／liǎo)接近100%的(de)法拉第效率（工作電流密度爲(wéi / wèi)0.3A/cm²）。但由于(yú)該技術的(de)操作溫度較高，所以(yǐ)找到(dào)一(yī / yì ／yí)種高溫環境下耐用且價格低廉的(de)陶瓷材料就(jiù)成爲(wéi / wèi)關鍵因素了(le／liǎo)。3是(shì)被給予厚望的(de)PEM（Polymer electrolyte membrance）高分子(zǐ)電解質膜技術，其操作電流密度大(dà)（*高可達2A/cm²），質子(zǐ)傳導快，氣體隔離性好等優點使之(zhī)有望成爲(wéi / wèi)未來(lái)的(de)制氫産業首選。

PAR：之(zhī)前我們有探讨過輔助分壓在(zài)PEM電解水中的(de)應用吧？

SOL：是(shì)的(de)，爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)降低PEM技術的(de)設備成本，研究人(rén)員都将注意力集中在(zài)電解質膜的(de)性能提高和(hé / huò)鉑銥催化劑的(de)替代上(shàng)。輔助分壓技術可以(yǐ)進行陰陽極高頻傳質阻抗的(de)同步測試，并可通過EIS拟合，進一(yī / yì ／yí)步分析陽極催化層的(de)電容響應。

PAR：電催化研究可是(shì)PARSTAT 3000A-DX的(de)強項，雙通道(dào)與旋轉環盤聯用可進行OER和(hé / huò)HER的(de)動力學研究。

SOL：那電解質膜的(de)高頻響應（15MHz以(yǐ)上(shàng)）就(jiù)是(shì)輸力強1260A（高頻至32M Hz）的(de)強項了(le／liǎo)。固相的(de)質子(zǐ)傳導速度快，那麽就(jiù)需要(yào / yāo)更高頻的(de)EIS激勵來(lái)完整地(dì / de)表征其傳質過程。

PAR：電化學助力制氫研究，爲(wéi / wèi)中國(guó)“雙碳”目标貢獻自己的(de)力量，也(yě)爲(wéi / wèi)未來(lái)全球能源發展立下自己的(de)flag。

SOL：對，我們一(yī / yì ／yí)直都在(zài)！