當前綠色氫氣生產面臨的挑戰
綠色氫氣生產被譽為可持續能源未來的基石,但其廣泛應用仍面臨諸多障礙。主要挑戰在于傳統的氫氣生產方法,該方法主要排放二氧化碳 (CO2),抵消了這種清潔燃料的環境效益。此外,雖然太陽能和風能等可再生能源有望實現更清潔的能源方式,但由于天氣和溫度條件波動導致發電不穩定,因此效率低下。
另一個重大挑戰是,目前的系統需要貴金屬催化劑,而這在經濟和環境方面都代價高昂。這些催化劑會隨著時間的推移迅速降解,從而降低制氫系統的效率和使用壽命。此外,傳統系統存在的火災風險也帶來了安全隱患,必須加以解決才能確保實際應用。
韓國科學技術研究院克服挑戰的創新解決方案
為了應對這些挑戰,韓國科學技術院(KAIST) 的研究人員開發了一種新型制氫系統,有望徹底改變這一領域。該系統由材料科學與工程系的姜江久教授及其團隊領導,采用基于高性能鋅空氣電池的自供電機制。
這項創新的基石是開發一種名為 G-SHELL 的非貴金屬催化劑。該催化劑采用在氧化石墨烯上生長的納米級金屬有機骨架合成,可有效用于多種催化反應,包括氧氣生成、氫氣生成和氧氣還原。通過消除對貴金屬的依賴,該系統可顯著降低成本并延長催化材料的使用壽命。
此外,鋅空氣電池具有較高的能量密度和優異的輸出特性,即使在長期充放電循環下也能保證穩定運行。水溶性電解質的使用降低了火災風險,為制氫過程增加了一層安全性。