进一步降低绿氢的成本，科学家研究出不使用钛的电解槽堆双极板

2022-06-10 08:52:41  信息编号：K220033  浏览次数：79

来自德国的一组研究人员提议用基于涂层不锈钢 (ss) 的板代替质子交换膜(PEM) 水电解槽中的钛 (Ti) 双极板 (BPP)，以降低当前高昂的制造成本。

14,000 小时运行的堆栈。

由于电池内的恶劣氧化条件，PEM 电解槽目前使用昂贵的材料，例如钛和铂族金属 (PGM)。科学家们强调并指出 BPP 占电池堆成本的 60%。

他们使用了由挪威氢能专家Nel Hydrogen提供的圆形和 86 cm 2有效面积的板，并通过真空等离子喷涂 (VPS) 将不锈钢和铌 (Nb) 涂在板上。在开始喷涂程序之前，基材用二氧化硅 (SiO 2 ) 粉末喷砂以增加表面粗糙度以及涂层粉末的附着力，并在真空室中预热至 250 摄氏度。通过施加 1.0 kW 的功率 15 分钟沉积 Nb 层，从而实现 1.4 μm 的层厚度，并使用上述毛细管密封工艺进行密封。

该电池堆组装成具有不同阳极 BPP 的四电池配置，并在用于标准 PEM 电解槽的测试台上运行。在 14,000 小时测试期间，涂有 ss-BPP 的电池在 1 A cm -2下表现出约 1.9 V 的性能，科学家称其与商业基线电池的性能相似。测试协议不包括任何先前计划的停工期，但这些事件的发生是由常见的测试站问题和长时间操作测试台时发现的常见挑战触发的。

图片：德国航空航天中心 (DLR)，先进能源和可持续性研究

将 Nb/ss-BPP 板的性能与集成 Ti 的相同板的性能进行比较，两种涂层均未显示腐蚀迹象，并且能够在操作过程中充分保护基材。据科学家称，这两种板的性能与 Nel Hydrogen 的基准材料相当，它们的性能达到了近 78% 的电池效率，降解率仅为 1.2%。然而，从成本的角度来看，Nb 涂层比 Nb/Ti 具有明显的优势，因为它需要两个加工步骤来施加并形成厚而稳定的氧化层。

科学家们在“用于质子交换膜水电解槽的 Nb 涂层不锈钢双极板的长期运行”一文中描述了堆栈设计，该论文发表在Advanced Energy and Sustainability Research上。“所取得的成果可能标志着未来电解研究的转折点，其中钢基电堆组件被视为新标准，为 PEM 电解槽的大规模降低成本奠定了基础，因此是生产具有竞争力的绿色氢。”

该研究小组由来自德国航空航天中心(DLR)、埃斯林根应用科学大学、Forschungszentrum Jülich GmbH研究中心和 Nel Hydrogen 本身的学者组成。