高效制氢新策略

据外国媒体报道：联合国UNIST的一个联合研究小组已经推出了在氢气生产中具有超高电化学性能的混合固体电解电池（Hybrid-Solid Electrolysis Cell，Hybrid-SOEC）系统。与其他水电解系统相比，新系统具有成本效益和极高的氢气生产效率，因而极具市场前景而备受关注。

这一突破是由UNIST能源与化学工程学院的Guntae Kim教授与韩国能源研究所（KIER）的Tak-Hyoung Lim教授和Sookmyung女子大学的Jeeyoung Shin教授共同领导。

固体氧化物电解池（SOEC）由两个电极和一个全部处于固态的电解质组成。因为该系统不需要补充失去的电解质，同时消除了腐蚀问题，因而极有可能成为制氢设施的新选项。此外，SOEC也在较高温度（700-1000°C）下运行，这有助于降低电能消耗。

Kim教授和他的研究团队一直在寻求使用SOEC提高氢气生产能源效率的方法。在这项研究中，研究小组提出了基于混合离子导电电解质的混合SOEC的新概念，系统允许在氢气和空气电极两处发生水电解。

传统的SOEC电解质只允许将氢离子或氧离子中的一种从一个电极输送到另一个电极。在输送氧离子的SOEC电解质系统中，氧离子输送到阳极，在阳极发生水电解，产生氢气。相反，传输氢离子的SOEC电解质会在阴极处发生水电解，并产生氧气。

理论上，使用传输氢离子和氧离子的电解质，可以在电池的两侧生产两种电解产物，即氢气和氧气。这可以大大提高氢气产量。在这项研究中，研究团队着重对电解质性质进行控制。研究团队探索了一种基于混合离子导体的SOEC，该混合离子导体可以同时传输氧离子和质子，称为Hybrid-SOEC。

与其他文献报道的SOECs和其他代表性的水电解装置相比，Kim教授的系统需要更少电力以产生氢气，同时，系统还表现出优异的电化学性能和稳定性。混合SOEC在超过60小时的连续工作后没有表现出任何可观察的性能下降，这意味着系统成为了强大的制氢系统。

本成果采用了具有优良电化学性能的层状钙钛矿作为杂化SOEC的电极。通过在混合离子导电电解质上添加优异的电极材料，带来了电化学性能的提高。结果表明，在700℃，电解电压为1.5V时，相应的产氢量为每小时1.9L。这比现有的高效水电解槽的制氢效率高出四倍。

研究结果已于2017年12月5日在纳米能源网上公布。

参考文献

Junyoung Kim et al., “Hybrid-solid oxide electrolysis cell: A new strategy for efficient hydrogen production,” (2017), Nano Energy.