近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料与能源小分子转化创新特区研究组(05T6组)研究员邓德会团队以铠甲催化剂为电极,构建出高效稳定的电解水解耦装置。该研究工作为电力削峰填谷策略提供了新思路。

  解耦电解水是一种具有潜力的削峰填谷策略,可以将用电低谷期的过剩电力利用起来,在用电高峰期实现氢气的低能耗制备。这一策略可以缓解电力生产与消耗之间存在的时空不平衡,对实现电能的高效利用具有重要意义。目前,构建高效、大容量的解耦装置仍存在挑战。因此,亟须开发出新型高性能的解耦装置,实现过剩电力向氢能的高效转化。

  该研究中,研究团队提出以石墨烯封装钴镍颗粒的铠甲催化剂为电极,以多硫化物离子为氧化还原介质,构建电解水解耦装置。此装置在用电低谷期将过剩电力储存为还原态多硫化物离子的化学能,在用电高峰期氧化多硫化物离子,实现氢气的低能耗制备。在电流密度为100 mA/cm2的恒电流测试中,该产氢解耦装置的总电位仅为0.82 V,是目前报道的解耦装置的最低值。相比于直接全解水,该装置有效降低制氢电位1.24 V,可节约高峰期产氢用电60.2%。在铠甲催化剂的高效催化下,解耦装置在500 mA/cm2的大电流密度下持续稳定产氢500小时,展现出高达2.5×105 mAh/cm2的产氢容量。此外,该团队还与青岛理工大学副教授关静合作,结合理论计算,研究人员发现,铠甲催化剂的优异活性源于金属内核和石墨烯壳层上的氮原子对石墨烯壳层电子结构的协同调变,从而促进了多硫化物在石墨表面上的高效还原。该研究为电网系统的削峰填谷提供了新思路,有望应用于智能电网的构建。

  邓德会团队近年来围绕团队前期在国际上率先提出的“铠甲催化”概念,在铠甲催化剂结构的设计和催化反应调控方面开展了系统研究(Angew. Chem. Int. Ed.,2013;Angew. Chem. Int. Ed.,2014;Energy Environ. Sci.,2014;Angew. Chem. Int. Ed.,2015;Nature Nanotech.,2016;Energy Environ. Sci.,2016;Adv. Mater.,2017;Adv. Mater.,2019;Energy Environ. Sci.,2020;Adv. Mater.,2020)。

  相关研究成果以Highly Efficient Conversion of Surplus Electricity to Hydrogen Energy via Polysulfides Redox为题,发表在The Innovation上。研究工作获得科学技术部国家重点研发计划、国家自然科学基金委基础科学中心和重大项目、教育部能源材料化学协同创新中心(2011·iChEM)等项目的支持。

图片.png

高效稳定的电解水解耦装置为电力削峰填谷策略提供了新思路

相关文章

大连化物所邓德会团队实现利用铠甲催化剂去耦合电解水

近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料与能源小分子转化创新特区研究组(05T6组)研究员邓德会团队以铠甲催化剂为电极,构建出高效稳定的电解水解耦装置。该研究工作为电力削峰填谷......

大连化物所邓德会团队实现利用铠甲催化剂去耦合电解水

近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料与能源小分子转化创新特区研究组(05T6组)研究员邓德会团队以铠甲催化剂为电极,构建出高效稳定的电解水解耦装置。该研究工作为电力削峰填谷......

大连化物所邓德会团队实现利用铠甲催化剂去耦合电解水

近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料与能源小分子转化创新特区研究组(05T6组)研究员邓德会团队以铠甲催化剂为电极,构建出高效稳定的电解水解耦装置。该研究工作为电力削峰填谷......

“锌中有铜,效率大不同”,双金属电催化剂的高效转化

利用可再生的电能将CO2通过电还原反应(CO2RR)转化为高附加值产物有望缓解CO2排放及其产生的环境问题。合理设计催化剂以最大限度地提高对所需产品的活性和选择性,对于CO2RR的工业化至关重要。CO......

将镍纳米颗粒用作高效氨分解制氢催化剂

以钠型ZSM-5分子筛为载体,在啡咯啉配体络合作用下制备均匀分散于ZSM-5分子筛的镍纳米颗粒,用作高效氨分解制氢催化剂。随着温室气体排放的增加和恶劣气候的加剧,人类寻找可替代化石燃料的新能源迫在眉睫......

POM电解液与二氧化钛催化剂作用来实现氮还原

氮还原的产物在我们的生产和生活中起到了重大作用。其中,氨是全球产量第二大的化学品。它是合成农药、染料、爆炸物的重要原料。肼也是生产火箭燃料、发泡剂、农药和药品的必需品。为了替代高能耗和高成本的Habo......

稀土铈基低温耐硫脱硝催化剂的研究取得进展

近日,江南大学化工学院刘小浩教授团队在稀土铈基低温耐硫脱硝催化剂“反应描述符”及“结构-性能”关系的研究中取得重要进展,相关研究成果在催化领域顶级期刊ACSCatalysis上发表,该论文化工学院青年......

炼油厂废弃的FCC催化剂催化裂解聚丙烯

聚丙烯是废弃塑料的常见组分之一。随着环保意识的提升和资源回收需求的日趋显著,开发废旧塑料回收是减少塑料污染及获取化工原料资源的两得策略。荷兰乌得勒支大学(UtrechtUniversity)BertM......

俄罗斯与西班牙联合团队研发出一氧化碳低温净化催化剂

来自俄科学院西伯利亚分院网站的报道,该分院催化所与巴塞罗那大学(西班牙)的联合科研团队研发出一氧化碳低温净化催化剂,可用于汽车尾气及热电站排放气体的净化处理。联合研究的成果发布在“AppliedCat......

合成锌空电池空气极电催化剂研究中获进展

近年来,对绿色能源的探索和开发带动了包括锌-空气电池(ZAB)在内的一系列能源转换和储存装置的研究。ZAB使用水系电解液且具有体积小、能量密度大、成本低等优势,被认为是电能转化和储能的重要技术方向,在......