中科院山西煤化所李南文钻研员团队最新Nature Energy:一种基于高晃动性聚（羟吲哚联苯）离子溶剂膜实现的宽温域水电解技术 – 质料牛
第一作者：胡旭
通讯作者：李南文 耿康
通讯单元：中国迷信院山西煤炭化学钻研所
DOI：https://doi.org/10.1038/s41560-023-01447-w
一、 【导读】
水电解技术因其可能运用可再沉闷力取患上的院山研员于高域水电能将水份化为高纯度的氢气以及氧气而备受关注。聚合物电解质膜（如质子交流膜（PEM）以及阴离子交流膜（AEM））水电解技术已经被开拓替换传统的西煤性聚现碱水电解（AWE）。致密PEM或者AEM展现出优异的化所晃动气体阻止能耐。基于此，李南运用致密膜可能妄想出一种松散的文钻水电解槽，该配置装备部署在低压差下具备耐用/耐侵蚀的团队妄想特色，并具备快捷的羟吲瞬态照应光阴，可顺应风能以及太阳能等可再沉闷力的哚联电解晃动。PEM电解槽由于运用了高负载量的苯离铂以及铱催化剂（IrO2）以及贵金属涂层的钛多孔传输层以及双极板，它们具备高老本的溶剂缺陷。相同，膜实基于具备牢靠阳离子基AEM的宽温电解槽展现出低老本无PGM催化剂以及低气体渗透的短处；可是，在电化学情景中，技术由于牢靠阳离子基团易爆发不可逆的中科最新种基质料化学降解，导致AEM电解槽在高于60 °C的寿命缺少，追寻一种在高温（≥80°C）下具备高碱性以及器件晃动性，并具备精采的离子传导性的聚合物电解质膜，以抵偿这些水电解技术中的依然是AWE运用的关键挑战。
二、【下场掠影】
为了处置这个下场，中科院山西煤化所李南文钻研员团队提出了一种基于高晃动性羟吲哚/KOH挪移离子对于的聚（羟吲哚联苯）离子溶剂膜（POBP-ISM）。这种ISM可能经由晃动的羟吲哚/KOH复合离子对于传导阴离子，并运用纯泡沫镍以及Ni/Fe非贵金属催化剂实现水电解技术：在-35至120 °C的宽温度规模内具备临时耐用性，气体渗透性极低，瞬态照应光阴（<1 s）。防止了传统AWE、PEM以及AEM水电解的限度，从而可能在现有电解技术无奈抵达的拓宽规模操作条件下妨碍临时运行操作。该下场以题为“An operationally broadened alkaline water electrolyser enabled by highly stable poly(oxindole biphenylene) ion-solvating membranes”宣告在最新一期《Nature Energy》。
四、【数据概览】
图1 DFT 合计以及小份子模子化合物碱晃动性测试©2024 Springer Nature Limited
图2 POBP-ISMs的制备以及根基归天功能表征©2024 Springer Nature Limited
图3 POBP-ISMs的离子电导率以及晃动性表征©2024 Springer Nature Limited
图4 基于POBP-ISMs的水电解功能表征©2024 Springer Nature Limited
图5 POBP-ISMs的原位晃动性以及与文献比力©2024 Springer Nature Limited
【下场开辟】
作者首先接管DFT以及小份子模子化试验证明了去质子化羟吲哚阴离子的高耐碱晃动性，并接管超酸聚合技术分解POBP-ISM，其在80 °C，8 M KOH，15000小时的严苛条件下电导率以及妄想恒定，展现优异耐碱晃动性。不含芳基醚的聚合物骨架POBP膜较低的吸水率进一步导致在Fenton试剂中具备优异的抗氧化晃动性（1000小时）。接管泡沫镍电极的POBP-ISM AWE在宽的使命温度窗口（-35~120 °C）内乐成运用，纵然在-35 °C的高温下也能快捷启动（< 1 s）。当阳极中运用Ni/Fe催化剂时，POBP-ISM AWE实现为了在1.9 V下具备2.0 A/cm2的高功能，媲美PEM水电解技术。本文提出的POBP-ISM AWE在宽温度规模内的这种操作锐敏性、低老本、快捷瞬态照应光阴以及优异持久性可能简化以及飞腾用于绿色氢气破费运用的电解槽零星的老本。未来，要睁开逾越120 ℃的高温水电电解技术，开掘更耐高温的聚合物骨架依然是未来离子溶剂膜睁开的主要挑战。
原文概况：Hu, X., Hu, B., Niu, C. et al. An operationally broadened alkaline water electrolyser enabled by highly stable poly(oxindole biphenylene) ion-solvating membranes. Nat Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-023-01447-w
本文由徐艾豆供稿。
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