电化学知识

PAR：今天可真冷啊！赶紧把暖气打开。

SOL：的确！今年冬天全球都很冷...

PAR：哦，怎么一筹莫展的。

SOL：唉，我的家乡，英国今年已经出现了全国范围的缺电，缺油和缺气。欧洲，亚洲都出现了不同程度的能源短缺问题。能源紧缺已经迫在眉睫了。

PAR：天然气，煤炭和石油等化石能源的不可持续性，不能成为未来能源方案的选择。

SOL：对，中国将在2030年完成碳达峰，并在2060年达成碳中和，将为应对全球气候变化做出重大贡献。

PAR：既要解决能源短缺，又要应对环境污染。各国都在努力提高太阳能，风能，地热能等新能源在各自能源结构中的占比。

SOL：但可再生能源存在能量密度低以及间歇性的问题，所以如何将其转换成稳定能源，是能更广泛利用可再生能源的关键所在。

PAR：你是不是想说氢能啊？

SOL：没错，氢能的获取渠道多，燃烧后的产物是水，使之将成为未来清洁能源产业的希望。

PAR：我们电化学将在氢能产业中扮演什么样的角色呢？

SOL：我们想到一块了，电化学在氢能制备和氢能使用两个环节都大有可为！

PAR：那你快给分析下。

SOL：在制氢环节，以往常用的方式是化石燃料的裂化反应。但制氢纯度低，原料来源少等问题限制了该技术的发展。在此背景下，电解制氢技术开始受到了关注。

PAR：哇哦，电化学制氢！

SOL：没错，电化学制氢技术主要有三种：1.碱性电解水（Alkaline water electrolysis），该技术已非常成熟，是全球使用*广泛的商业技术。但这并不能掩盖其制氢电流密度小，制氢纯度低的缺点。2. 上世纪80年代诞生的一种管式固体氧化物电解池制氢技术SOEC（Solid oxide electrolyzer），大大提高了制氢效率。有文献提到在低至1.07V的电压下，实现了接近100%的法拉第效率（工作电流密度为0.3A/cm²）。但由于该技术的操作温度较高，所以找到一种高温环境下耐用且价格低廉的陶瓷材料就成为关键因素了。3是被给予厚望的PEM（Polymer electrolyte membrance）高分子电解质膜技术，其操作电流密度大（*高可达2A/cm²），质子传导快，气体隔离性好等优点使之有望成为未来的制氢产业首选。

PAR：之前我们有探讨过辅助分压在PEM电解水中的应用吧？

SOL：是的，为了降低PEM技术的设备成本，研究人员都将注意力集中在电解质膜的性能提高和铂铱催化剂的替代上。辅助分压技术可以进行阴阳极高频传质阻抗的同步测试，并可通过EIS拟合，进一步分析阳极催化层的电容响应。

PAR：电催化研究可是PARSTAT 3000A-DX的强项，双通道与旋转环盘联用可进行OER和HER的动力学研究。

SOL：那电解质膜的高频响应（15MHz以上）就是输力强1260A（高频至32M Hz）的强项了。固相的质子传导速度快，那么就需要更高频的EIS激励来完整地表征其传质过程。

PAR：电化学助力制氢研究，为中国“双碳”目标贡献自己的力量，也为未来全球能源发展立下自己的flag。

SOL：对，我们一直都在！