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，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隊開發(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。

姜教授的研究團隊提出了一種利用在氧化石墨烯上生長的納米級金屬有機骨架，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。研究團隊確認，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間穩(wěn)定運行。此外，采用水溶性電解質(zhì)、沒有火災(zāi)危險的鋅空氣電池，有望與水電解系統(tǒng)相結(jié)合，作為下一代儲能裝置，作為一種環(huán)保的氫氣生產(chǎn)方法應(yīng)用。