破紀錄的Hysata氫氣電解裝置號稱可以達到95%的生產效率

一公斤氫氣容納39.4千瓦時的能量,但通過目前的商業電解器製造氫氣通常需要花費約52.5千瓦時的能量。而澳大利亞公司Hysata表示,其新的毛細管餵養電解池能夠將能源成本降至41.5千瓦時,打破了當前的效率紀錄,同時安裝和運行成本也更低。該公司表示這項新技術可以在短短几年內以每公斤1.5美元左右的價格提供綠色氫氣。

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在我們期待邁向清潔能源的未來時,效率很顯然是對氫能源的一大打擊。氫氣的單位重量或體積可儲存的能量遠多於電池,而且它支持快速加註。但是,當電池是一種高效的儲存和釋放能量的方式時,氫氣似乎在每個步驟中都在浪費能量:電解、儲存和運輸、通過燃料電池轉換為電力……它甚至還會慢慢地從金屬罐中泄漏出來。

如果Hysata的新電解器技術能做到它所描述的那樣,電解階段的效率將有一個巨大的飛躍,更好地利用寶貴的清潔能源。通過從給定的能源供應中產生更多的氫氣,同時減少運營中的CAPEX和OPEX支出,這種設備還可以推動綠色氫氣的價格下降,也許會達到與臟氫氣甚至化石燃料競爭的程度。

那麼它是如何工作的呢?首先我們需要了解目前生產氫氣的主要瓶頸:由於電解液中的氣泡是不導電的,它們可以粘在電極上,掩蓋它們與它們需要接觸的液體的接觸,這降低了轉換效率。早期的電解器的兩個電極都淹沒在電解液中,這樣就會在它們周圍形成氣泡。在70年代,零間隙電解使陽極和陰極直接與分離膜接觸,通過只允許氣泡在每個電極的一側形成而提高了效率。而最近,聚合物電解質膜技術允許陰極一側在沒有電解質的情況下運行,通過生產氫氣而不通過液體冒泡,再次提高了效率。

而Hysata的毛細管供料電解槽繼續推進了技術進步。電解池底部的儲液器使電解液不與陽極和陰極接觸,直到它通過一個多孔、親水的電極間分離器利用毛細作用被吸上來。因此,電解液與電極直接接觸,且只在一側直接產生氫氣和氧氣,中間沒有任何氣泡的阻礙。

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由於沒有水被吸引到釋放氣體的電極一側,阻力進一步減少,因此兩者不會互相妨礙,而且當水從分離器中被電解出來時,毛細作用會吸取更多的水來替代它。

在《自然通訊》上發表的一篇同行評議論文中,Hysata團隊聲稱其毛細管作用電解槽的效率已被證明達到了破紀錄的98%,大大優於”最先進的[大概是不對稱聚合物電解質膜]商業水電解槽”,後者顯示的電池效率為83%。氣體交叉率極低,這一點也至關重要,因為在適當的溫度和濃度下,氫氣-空氣混合物非常容易爆炸。

該公司表示,這項技術也減少了電池外的額外費用。不需要液體循環、氣液分離罐、管道、泵和配件。這種設備可以是空氣冷卻的,也可以是輻射自冷的,從而進一步降低了資本和運營成本,而且如果受重力限制的毛細作用的最大高度被證明是一個限制因素,那麼,Hysata的技術還可以調整儲液罐的位置,讓電解質沿着分離器流下。

所有這些因素都有助於減少電解池外的”工廠平衡”能源使用,當計算整體系統效率時,這種技術與其他技術之間的差距更大。

公司首席技術官Gerry Swiegers在一份新聞稿中說:”Hysata的整個電解槽系統被設計成易於製造、擴展和安裝,提供95%的整體系統效率,相當於41.5千瓦時/公斤,而現有電解槽技術的效率為75%或更低。”對於氫氣生產商來說,這將大大降低資本成本。