让沙漠不再荒芜全新空气制氢技术了解一下？

　　稀薄空气也能制氢？
　　科学发展带来的可能
　　氢是宇宙中最丰富的元素，但氢在地球上主要存在于水等化合物中。氢气也是地球上最清洁的能源之一，因为它燃烧最终只产生水。而氢具有能量密度高、容量大等特点，成为新能源大规模开发储存、利用的优选方案之一。目前，制取氢气较为普遍的方法是电解水制氢。在充满电解液的电解槽入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。但电解槽的部署在地理上受到淡水可用性的限制。
　　淡水是一种稀缺资源，超过三分之一的地球陆地表面处于干旱或半干旱状态，支撑着世界20的人口，那里的淡水极其难以维持日常生活，更不用说电解了。同时，污染、工业消耗和全球变暖加剧了水资源短缺。海水淡化可用于促进沿海地区的水电解，但大大增加了制氢的成本和复杂性。近日，来自中国和澳大利大的研究人员使用吸湿性电解质吸收空气中的水分，然后利用来自太阳或风的能量为电解提供动力。
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　　电解空气中冷凝水蒸气
　　科学家们制备了一种名为直接空气电解（DAE）模块，可以在相对湿度为4的极干燥环境下工作，克服供水问题，可持续生产绿色氢气，并且对环境的影响最小。这种模块对于世界上纯净饮用水稀缺或很难获得的地区至关重要。
　　该模块由中间的集水单元和两侧的电极与气体收集器组成。该模块由可再生能源提供电力，例如太阳能电池板、风力涡轮机和任何其他可再生发电机。重要的是，集水单元还用作储存电解质的容器。将三聚氰胺海绵、烧结泡沫等多孔介质浸入具有潮解性的离子物质结合，通过暴露的表面吸收空气中的水分。
　　捕获的水通过扩散转移到电极表面（两个电极都与空气隔绝），随后分裂成氢气和氧气，将作为纯气体单独收集。两端板和多孔泡沫之间的储存器也可以在空气湿度过度波动的情况下充当空气屏障和离子溶液体积的缓冲剂。多孔介质还确保电解质在泡沫毛细管中的自由运动，充满离子溶液的泡沫形成物理屏障，可有效地将氢气、氧气和空气与任何混合隔离开来。
　　与水具有强亲和力的吸湿性物质在暴露时倾向于从大气中提取水分，吸收足够的水以形成具有吸湿性的水溶液。研究员证实硫酸为最好的吸湿材料之一，它可以从相对湿度5或以下的空气中吸收水分，同时硫酸溶液的电导率高，不易挥发，对环境无毒。
　　测试稳定，商用可能增加
　　科学家设计并建造了一个独立的制氢塔，在炎热干燥夏季（地中海气候）的露天进行了两天，每天8小时的测试。它由五个平行堆叠的DAE模块组成，垂直叠加一个太阳能电池板进行供电。这种设计的优点之一是塔的占地面积不超过太阳能电池板，这意味着DAE不会占用额外的土地。在测试期间，室外温度在20C到40C之间变化，相对湿度在20到40之间。综合来看，在非理想天气条件下，总产氢量仍能达到1188毫升。并且，这种DAE模块的能源供应不仅限于太阳能，还能将DAE模块与风机耦合，并成功地从空气进料中生产出高纯度氢气。研究人员表示，这种DAE可能是第一个超过美国能源部（DOE）设定的20太阳能制氢（STH）能源效率目标的技术。
　　通过DAE技术，炎热、干旱的地区也能成为氢能源出口地。这类项目可能需要在支持基础设施上进行大量资本投资，对于其他有水的地区而言可能不太划算。为加速全球能源变革进程，可再生能源制氢是坚持绿色低碳发展道路的必然选择。随着全球氢能产业链重要核心技术的日趋成熟与完善、成本不断降低，氢能输送管网和加氢站等全国性氢能基础设施建设显著提速，势必会在未来氢能产业领域占据重要份额。
　　制氢：在沙漠也可以
　　在制氢领域，一直有一个问题：在淡水不足的情况下也可以使用电解槽吗？毕竟，地球陆地面积的三分之一以上是沙漠和半干旱地区，而且仍有很多人（世界人口的20）居住在这些地区。
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　　电解海水绝不是一个解决办法。海水被电解后会产生氯气，它不仅会让催化剂失效，本身也是一种有毒废料。因此，要想电解海水，首先需要有海水淡化设施，然后才能用电解槽和淡化后的水制取氢气。近日，澳大利亚墨尔本大学的科学家近日在英国专业杂志《自然通讯》上介绍了一种不需要水就能制氢的新技术。正是上面提到的，直接空气电解（DAE）方法只需要使用周围的空气作为原料。即便是在干旱地区，空气也总是含有少量水分。
　　这一实验使用的电能由太阳能电池提供。当然，如果使用的是来自风力发电设施的电能，这个设备也同样能良好运转。在研究人员结束实验前，5个被组装到一起的电解池模组连续运转了整整12天。研究人员称，每平方米阴极的单日制氢量为745升，效率达到95。
　　这个空气电解池的核心部件是一块浸透了硫酸的海绵。硫酸不仅可充当电解质，本身还是一种吸水性极强的物质，可以从周围干燥的空气中大量吸收水分子，送入设备，进而分解出氢气和氧气。本次实验是在25摄氏度的气温下完成的。由此基本可以证实，只要有风力或太阳能发电设备，即便是在世界上最干旱的地区，也可以利用空气制取氢气。研究人员称，整个地球大气层约含有13万亿吨水。最后的问题在于，这项电解技术的制氢量是否具备经济效益。研究人员强调，他们的技术是可扩展的，也就是说，只需同时启动足够多的模组，就能达到期望的制氢量。
　　研究人员在比沙漠都要干燥、相对湿度为4的条件下对DAE进行了测试，其表现良好。莫哈韦沙漠白天的平均相对湿度介于10到30之间，夜间可接近50，这意味着即使在干旱地区，DAE仍然可以工作。研究团队对装置原型使用来自太阳的输入能量进行了测试，发现其具有稳定的法拉第效率，在连续12天内，电荷转移的效率约为95。这项新技术的好处是，电解中使用的电力可来自风能或太阳能等可再生能源，产生的氢气可用作氢燃料，甚至可用于氢核聚变反应。该设备既可放置在太阳能或风能丰富但缺水的地区，也适用于在偏远地区制氢。
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　　中国的氢电池计划
　　2020年，科技部启动了国家重点研发计划可再生能源与氢能技术重点专项，将重点突破质子交换膜、气体扩散层碳纸、车用燃料电池催化剂批量制备技术、空压机耐久性、高可靠性电堆等共性关键技术。近年来，我国的氢燃料电池技术基础研究较为活跃，在一些技术方向具备了与发达国家比肩的条件；但整体来看，所掌握的核心技术水平、综合技术体系尚不及具有领先地位的国家，如我国在1998年才出现首个氢燃料电池发明专利，目前相关核心专利数仅占世界的1左右。
　　先发国家在氢燃料电池系统、组件、控制技术、电极等方面发展相对均衡，一些国际性企业在燃料电池系统、电池组件与加工、控制技术等方面居于世界领先地位。在技术应用方面，从现阶段重点发展氢燃料电池客车、卡车等商用车，逐步推广到乘用车、有轨电车、船舶、工业建筑、分布式发电等领域。而相对于技术发展，更重要的是对于成本的控制；氢燃料电池系统的成本必然随着技术进步、生产规模的扩大而下降，预计未来10年生产成本将降低至目前的50。
　　氢电池生产
　　安全是第一位的
　　无论是什么材质的电池：氢电池还是如今主流的锂电池，进行规模化生产时，对制备工艺和环境都有着很高的要求：干燥，洁净等等为此，一般是需要使用真空手套箱来配合生产线进行生产的：手套箱是作为一个全密闭的腔体，把腔体内外的环境完全隔绝开，腔体的一面安装有视窗和手套，操作人员通过手套对腔体内的物料进行操作：在操作前，对整个箱体抽真空，把箱体内空气完全抽掉，降低水氧含量至0。1ppm以下，然后填充惰性气体气体进行生产。
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