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| 1 | 碱性膜电解水制氢技术现状与展望显示文摘开发清洁高效的可再生能源是未来能源转型的必然趋势。氢能作为一种绿色无污染的能源载体,可通过电解水技术实现氢能与电能的高效转化,有望作为风力、光伏发电的重要调节手段。碱性膜电解水制氢能够提高电流密度,增加能量转化效率,优于碱性水溶液电解水制氢;与此同时,可采用铁、镍等非贵金属制备催化剂,克服质子交换膜电解水制氢使用贵金属催化剂带来的设备昂贵、资源受限问题。本文综述了碱性膜电解制氢技术发展现状,重点围绕自支撑催化电极、耐碱腐蚀离子膜、有序结构膜电极开展讨论,包括催化剂制备策略,耐碱离子膜发展现状,以及有序化膜电极的应用优势,阐释电化学工程中的传质与反应耦合原理。本文为进一步研究开发高性能电化学关键材料提供了指导思路,推动电解水制氢技术的发展。 | 王培灿 万磊 徐子昂 许琴 王保国 | 2021 | 化工学报2021，72，12： | 22 |
| 2 | 电化学能源转化膜与膜过程研究进展显示文摘由于可再生清洁能源发展和交通运输电动化,迫切需要大规模电化学能源转化与储存装置.电化学体系包含氧化/还原两个部分,需要用膜将氧化剂和还原剂隔开,同时还需要通过离子传导膜连通内电路,实现连续的电化学反应.本文针对能源转化与储能技术需求,阐述近年来发展的高稳定性离子传导膜制备方法,以燃料电池、液流电池、电解水制氢过程为对象,分析电化学能源转化过程对离子膜的性能要求.在归纳能源转化膜过程、共同科学原理和技术特征基础上,讨论膜电化学反应器的基本内涵;阐明膜电极能够将“膜分离”与“膜催化反应”集成于一体,强调膜电极对电化学能源转化过程的重要性,展望高性能膜电极的发展途径. | 王保国 | 2020 | 膜科学与技术2020，40，1： | 5 |
| 3 | 离子交换膜界面结构对膜电极性能影响的研究进展显示文摘燃料电池对我国能源转型具有深刻影响,膜电极(MEA)是其核心部件,对电化学装备性能起着决定性作用.其中,离子交换膜与催化层(CL)间的界面结构,直接影响MEA中反应与传质耦合过程.围绕离子交换膜的多种界面调控方法,及其在燃料电池中的应用展开论述,重点介绍了图案化离子交换膜、多孔离子交换膜和直接膜沉积3种技术途径.同时,通过分析离子交换膜界面结构对MEA性能的影响规律,阐述“界面结构传质特性膜电极性能”的关系.最后,对离子交换膜用于新型水电解制氢过程及未来发展进行展望. | 万磊 赖忆铭 王保国 | 2019 | 膜科学与技术2019，39，4： | 2 |
| 4 | 溶液浓差能驱动的逆电渗析反应器制氢实验研究显示文摘低品位热能制氢技术首先是将热能转换为溶液浓差能,然后通过逆电渗析(RED)反应器将溶液浓差能转换成氢能。为了验证RED反应器能将溶液浓差能转换为氢能,探索关键运行参数变化对能量转换过程的影响。设计了一个由40个膜对所构成的RED反应器,以NaCl水溶液为工作溶液,NaOH水溶液为电极液的制氢系统。通过改变浓/稀溶液入口浓度,溶液过膜流速以及输出电流来考察对RED反应器产氢率、制氢效率和能量转换效率的影响。实验结果发现,浓/稀溶液入口浓度,过膜流速变化均会影响RED反应器的输出电流。在外电路短接条件下,输出电流越大,反应器产氢率和制氢效率越高,但能量转换效率越低。 | 徐士鸣 刘志强 吴曦 张又文 胡军勇 吴德兵 冷强 金东旭 王平 | 2020 | 化工学报2020，71，5： | 1 |
| 5 | 三维有序介孔镍铁磷化物的制备及电解水析氢性能研究显示文摘利用三维SiO_(2)纳米球阵列作为介孔模板,通过高温磷化合成了不同镍与铁物质的量比的三维有序介孔镍铁磷化物(3DOM Ni_(X)Fe_(1-X)P);利用透射电子显微镜(TEM)、氮气吸脱附测试(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等物理表征方法对所制备材料的形貌和结构进行分析,并通过电化学测试在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)中系统评价了其电解水析氢(HER)性能。结果表明:3DOM Ni_(X)Fe_(1-X)P成功地反向复制了SiO_(2)模板的有序介孔结构,孔道之间排列整齐且相互连通;随着Fe含量的增加,3DOM Ni_(X)Fe_(1-X)P的HER性能呈现先升高后下降的趋势,在Ni与Fe物质的量比为7∶3时HER性能达到最优;当电流密度达到10 mA/cm^(2)时,3DOM Ni_(0.7)Fe_(0.3)P所需过电位为132 mV,Tafel斜率为59 mV/dec,并且具有良好的电化学稳定性。3DOM Ni_(0.7)Fe_(0.3)P优异的电催化HER性能可归结于三维有序介孔结构提供的高比表面积以及双金属有效结合引起的协同增强效应。 | 江文倩 董静 张晓晗 徐联宾 | 2023 | 北京化工大学学报(自然科学版)2023，50，1： | 0 |
| 6 | 碳氢辅助水电解制氢研究进展显示文摘氢是理想的能源载体,制氢方法中较环保的方式为电解水制氢,但电解水制氢能耗高,用碳氢物质辅助水电解可降低能耗。本文围绕该制氢方法的研究进展进行综述,主要包括碳氢辅助水电解的原理、电解池结构设计及优化、电解过程的实验研究和计算模拟等。目前该制氢方法的瓶颈主要在电极材料上,Pt、Pd、Ru和Ir等贵金属的使用提高了制氢成本,未来研发方向应该在Ni等廉价金属或非金属复合材料上;在电解过程中气泡的产生会增大电解电压,导致能耗提高,如何更好地排出气体也将是今后研究的重点;在建模方面,三维模型相比于二维模型能更好地体现物质运动规律。 | 耿震 应芝 郑晓园 豆斌林 | 2020 | 热能动力工程2020，35，4： | 0 |
| 7 | Stable overall water splitting in an asymmetric acid/ alkaline electrolyzer comprising a bipolar membrane sandwiched by bifunctional cobalt-nickel phosphide nanowire electrodes显示文摘Water splitting has been proposed to be a promising approach to producing clean hydrogen fuel.The two half-reactions of water splitting,that is,the hydrogen evolution reaction(HER)and oxygen evolution reaction(OER),take place kinetically fast in solutions with completely different pH values.Enabling HER and OER to simultaneously occur under kinetically favorable conditions while using exclusively low-cost,earth-abundant electrocatalysts is highly desirable but remains a challenge.Herein,we demonstrate that using a bipolar membrane(BPM)we can accomplish HER in a strongly acidic solution and OER in a strongly basic solution,with bifunctional self-supported cobaltnickel phosphide nanowire electrodes to catalyze both reactions.Such asymmetric acid/alkaline water electrolysis can be achieved at 1.567 V to deliver a current density of 10 mA/cm2 with ca.100%Faradaic efficiency.Moreover,using an“irregular”BPM with unintentional crossover the voltage needed to afford 10 mA/cm2 can be reduced to 0.847 V,due to the assistance of electrochemical neutralization between acid and alkaline.Furthermore,we show that BPM-based asymmetric water electrolysis can be accomplished in a circulated single-cell electrolyzer delivering 10 mA/cm2 at 1.550 V and splitting water very stably for at least 25 hours,and that water electrolysis is enabled by a solar panel operating at 0.908 V(@13 mA/cm2),using an“irregular”BPM.BPMbased asymmetric water electrolysis is a promising alternative to conventional proton and anion exchange membrane water electrolysis. | Junyuan Xu Isilda Amorim Yue Li Junjie Li Zhipeng Yu Bingsen Zhang Ana Araujo Nan Zhang Lifeng Liu | 2020 | Carbon Energy2020，2，4： | 0 |
| 8 | 电化学能源转化过程的离子膜研究进展显示文摘在清洁高效的可再生能源和新型电力体系建设过程,大规模电化学能源转化过程十分重要.电化学能源转化装备,包括燃料电池、液流电池、电解水制氢,以及二氧化碳电化学还原等过程,不仅可以充分利用不稳定的风力、光伏电力,还能够作为电能储存和调节手段.电化学体系均包含氧化/还原两个部分,需要利用离子膜材料隔开,避免氧化剂和还原剂直接反应.与此同时,电化学系统内部需要通过离子导通内电路,才能实现连续的氧化还原反应.新兴能源领域的需求使得膜分离材料突破传统的'分离介质'概念,成为能源材料的重要组成部分.针对电化学能源转化过程的需要,阐述近年发展的高稳定性离子膜制备技术与方法,重点分析氢氧燃料电池膜,以及电解水制氢的离子膜研究进展. | 万磊 徐子昂 王培灿 许琴 范春阳 吴洪 刘凯 王新宇 王保国 | 2021 | 膜科学与技术2021，41，6： | 0 |
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