韓國科學(xué)技術(shù)院 (KAIST) 的研究人員開發(fā)出了一種新型制氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)將克服當(dāng)前綠色制氫的局限性。預(yù)計(jì)通過利用水溶性電解質(zhì)的水分解系統(tǒng)并阻止火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，將能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)氫氣。材料科學(xué)與工程系姜鄭久教授的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于高性能鋅空氣電池的自供電制氫系統(tǒng)。

該研究成果發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》雜志上。氫氣(H 2)是高附加值材料合成的原料，作為能量密度(142 MJ/kg)比現(xiàn)有化石燃料(汽油、柴油等)高出三倍的清潔燃料而備受關(guān)注。但是，目前大多數(shù)氫氣生產(chǎn)方法都存在排放二氧化碳(CO 2)的問題。此外，利用太陽能電池、風(fēng)能等可再生能源作為電源，通過分解水實(shí)現(xiàn)綠色制氫，但可再生能源電源受溫度、天氣等影響，發(fā)電不規(guī)律，導(dǎo)致水分解效率較低。

為了克服這個(gè)問題，能夠釋放出足夠電壓(1.23V以上)用于通過水分解產(chǎn)氫的空氣電池作為電源備受關(guān)注，但必須使用貴金屬催化劑才能獲得足夠的容量，而且存在催化劑材料的性能在長期充放電過程中迅速劣化的限制。因此，開發(fā)對水分解反應(yīng)(氧氣生成、氫氣生成)有效的催化劑和對鋅空氣電池電極重復(fù)充放電反應(yīng)(氧氣還原、氧氣生成)穩(wěn)定的材料至關(guān)重要。

姜教授的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種利用在氧化石墨烯上生長的納米級(jí)金屬有機(jī)骨架，合成對三種不同催化反應(yīng)(氧氣生成-氫氣生成-氧氣還原)均有效的非貴金屬催化材料(G-SHELL)的方法。研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)，所開發(fā)的催化劑材料由空氣電池的空氣電極材料構(gòu)成，其能量密度(797 Wh/kg)約為現(xiàn)有電池的5倍，輸出特性高(275.8 mW/cm²)，即使在反復(fù)充放電條件下也能長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。此外，采用水溶性電解質(zhì)、沒有火災(zāi)危險(xiǎn)的鋅空氣電池，有望與水電解系統(tǒng)相結(jié)合，作為下一代儲(chǔ)能裝置，作為一種環(huán)保的氫氣生產(chǎn)方法應(yīng)用。