新型海上光伏制氢设备,舍弃电极分离膜降成本

哥伦比亚大学团队最近研发出一种新型光伏电解海水设备，利用阳光能量不断将海水电解成高纯度的氢气和氧气。和其他电解设备不同的是，新设备不使用隔离膜来分离产生氢气和氧气的电极，而是改用特殊电极结构，直接借由水的浮力收集氢气气泡。

氢是未来有机会替代石化燃料的清洁能源之一，燃烧时只会产生水，但目前一大问题在于氢气是透过蒸汽甲烷法(steam-methane process)从石化燃料中产生，过程一样会产生二氧化碳，许多科学家因而将目光集中在水电解法：将水分离成氢气和氧气，不会产生二氧化碳。

哥伦比亚大学化学工程助理教授丹尼尔*埃斯波西托(Daniel Esposito)是研究水电解法的科学家之一，现在他和团队研发出一种浮动式太阳光伏燃料电解槽，虽然还只是实验室原型，但最终产品会发展成漂浮在海上的复合体。

目前，最先进的商业电解槽多使用昂贵的膜或隔离器来分离设备中产生氢气和氧气的电极，但这些膜只适合高纯度的水源环境，于海水中却容易被杂质和微生物降解破坏。

埃斯波西托的新设备决定舍弃膜，改以一种新颖的电极结构取而代之：仅在外侧涂覆催化剂的网状电极。这些不对称电极可促进氢气和氧气仅在涂有催化剂的表面产生，当气体气泡变得足够大时会从电极表面分离，氧气就让它自然流失掉，而氢气会一路向上漂到架空的收集室储存。

▲不对称网状电极示意图，氧气和氢气在不同侧生成，氢气会上升到特定气体采集室储存。(Source：哥伦比亚大学)

基于这种浮力诱导分离概念，简单的电解槽结构可以产生纯度高达99%的氢气(氧气含量只有1%)，如果是对称电极，氧气含量至少高出7倍。

埃斯波西托说，与目前包含隔膜的设备相比，无膜电解设备具有低成本、高耐用性的潜力，可以真正利用丰富的太阳能来大规模转化能源燃料，而设备在实验期间的太阳能转换效率为5.7%。这篇研究已发布在《氢能国际期刊》。

不过外界更注意的主要还是电力传输问题，要从很远的海上传输电力回到陆地，经济上仍不可行。