研究人员通过开发以不锈钢为基础的组件来取代钛组件,降低了制造质子交换膜电解水器(PEMWE)的成本。PEMWEs可以用于绿色氢气生产,但钛组件的成本限制了它们的商业可行性——这项研究可能有助于解决这个问题。

绿色氢气是由使用剩余可再生能源的电解槽生产的。它是化石燃料和依赖于特定天气条件和地理位置的可再生技术的一个有前途的替代品。最常用的电解制氢方法是碱性水电解(AWE)和PEMWE。尽管PEMWE可能比AWE多生产12倍以上的氢气,但由于其钛电池组件,即多孔传输层和双极板,其资本成本更高。之所以使用钛,是因为它可以抵抗腐蚀性电解条件,并避免毒害设备的催化剂涂层膜。

等离子喷涂Nb/Ti涂层的ss-mesh PTL与阳极催化剂层的界面设计

资料来源:©AS Gago/德国航天中心

在钛和铌中涂覆不锈钢多孔传输层意味着PEMWE电池可以避免使用钛作为基材

奥尔多·加戈来自德国航空航天中心的研究人员和他的同事已经证明,通过使用涂层来防止腐蚀,不锈钢可以作为双极板的基础材料。其他研究人员已经试验了由涂层和未涂层不锈钢制成的多孔传输层。多孔传输层和双极板占PEMWE堆叠成本的60-70%,因此节省成本的机会非常大。“不仅不锈钢的价格更低,而且由于所需的工具,用钛制造复杂的结构非常昂贵,”Gago解释说。

在他们之前工作的基础上,该团队现在已经开发出一种主要使用不锈钢组件的PEMWE电池。Gago解释说:“有两个主要的挑战:保护不锈钢在如此恶劣的环境中不受腐蚀,使用最便宜的不锈钢多孔结构,并对其进行改造,以达到与任何商业电解槽相同的性能。”

他们使用真空等离子喷涂在四层网状不锈钢多孔传输层上涂上铌和钛。在阳极一侧使用这些涂层多孔传输层,同时在阳极一侧使用钛涂层不锈钢双极板,在阴极一侧使用未涂层的版本,他们使用加速应力测试来测试电池的耐久性。

涂层不仅能防止腐蚀和催化剂中毒,还能降低电阻。这意味着效率提高了12%,性能与商用电解槽相当。虽然这对降低氢气生产成本很重要,但Gago指出,未来仍存在挑战。“要降低电解槽、电、水和许多其他导致绿色氢成本高昂的因素的成本,还有很多工作要做。”然而,在PEMWE中使用不锈钢应该会对成本产生积极的影响,特别是在大规模使用时。”

他说,我认为多孔传输层在商业上的应用将是一个相当大的挑战凯瑟琳·艾尔斯美国奈尔氢气公司研发副总裁“这既是挑战,也是机遇——几乎所有的零部件都有降低成本的空间,但你必须做到所有这些才能达到成本目标。”