加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點(diǎn),為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地,率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù),率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 院所動(dòng)態(tài)新聞 > 工作動(dòng)態(tài)

上海高研院在堿性電解多場(chǎng)協(xié)同過(guò)程強(qiáng)化研究方面取得重要進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間:2023-02-27 【字體: 】【打印】 【關(guān)閉

近日,中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院唐志永研究員和趙陸海波副研究員所帶領(lǐng)的工程科學(xué)團(tuán)隊(duì),在堿性電解制氫多場(chǎng)協(xié)同過(guò)程強(qiáng)化研究中取得重要進(jìn)展,研究成果以“Enhanced production of hydrogen from alkaline electrolysis by microbubbles removal on bionic electrode”為題發(fā)表在工程技術(shù)二區(qū)top期刊Physics of Fluids。論文第一作者為我院職工彭詞,通訊作者為唐志永研究員與趙陸海波副研究員。

可再生能源電解水制氫作為眾多產(chǎn)氫路徑中碳排放最低的工藝,可有效推動(dòng)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)。目前,堿性電解為最成熟的電解技術(shù),占據(jù)綠氫生產(chǎn)主導(dǎo)地位,可將可再生能源整合至終端,助力各行業(yè)實(shí)現(xiàn)深度脫碳。作為堿性電解水制氫的關(guān)鍵步驟,電催化析氫反應(yīng)過(guò)電位大、能耗高,其主要的工程科學(xué)問(wèn)題之一是電極板電子傳輸產(chǎn)生的電壓降及電極板生成氣泡覆蓋在其表面不能及時(shí)脫離而增加電解電位的問(wèn)題。因此,開發(fā)一種具有電場(chǎng)和流場(chǎng)協(xié)同效應(yīng)的高效析氫氧氣泡電極對(duì)滿足日益增長(zhǎng)的綠氫需求具有重要意義。

在此背景下,研究團(tuán)隊(duì)建立了電解制氫過(guò)程(流場(chǎng)、電場(chǎng)和反應(yīng))多場(chǎng)耦合的數(shù)值仿真模型,基于此提出了仿生分形結(jié)構(gòu)的電極板設(shè)計(jì),模擬結(jié)果顯示Murray定律樹形電極板電壓降最小,流場(chǎng)最均勻,在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)氣量提高了50%,電化學(xué)LSV(線性掃描伏安法)測(cè)試結(jié)果表明該電極板活化電位降低了10%。多相流可視化測(cè)試表明Murray定律樹形電極析氫微氣泡平均尺寸最小,其界面附著力較小進(jìn)一步加速了氣泡脫離效率,驗(yàn)證了場(chǎng)協(xié)同效應(yīng)下微氣泡析出過(guò)程強(qiáng)化有助于提升析氫性能。

該研究工作成功開發(fā)了一種基于多物理場(chǎng)仿真和可視化測(cè)試的堿性電解制氫場(chǎng)協(xié)同強(qiáng)化的電極設(shè)計(jì)方法,為研發(fā)高效析氫的仿生堿性電解制氫多相過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)提供了新路徑,將提升堿性電解制氫能量轉(zhuǎn)化效率,推動(dòng)大規(guī)模電解水制氫工業(yè)化過(guò)程,并且可作為一種普適的方法實(shí)現(xiàn)電化學(xué)多相反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化。

該工作獲得了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中科院STS計(jì)劃。

文章鏈接:https://doi.org/10.1063/5.0135547 

 

. 1 仿生電極板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制備

 

2. (左)多物理場(chǎng)耦合模擬產(chǎn)氫濃度;(右)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)LSV曲線。

 

3.析氫微氣泡可視化測(cè)試