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【镍国际论坛】镍:为绿色氢能发展提供支持
2021-06-30 08:47:44   来源:中国有色金属报    点击:

作者:本文由国际镍协会提供资料整理而成
 
  目前,世界各国都在积极鼓励绿色氢能的生产和使用。业内人士预测,两个涉及含镍材料的市场——生产氢能的电解装置和用于电动汽车的氢能燃料电池,可能在未来十年实现两位数的速度增长。
 
  转变的动因是什么?
 
  氢通常以气体形式存在,氢转化为能量时不产生二氧化碳,只排放水蒸汽。因此,以氢作为燃料可以显著减少温室气体的产生。
 
  为了实现《巴黎协定》的脱碳目标以及各国建立碳中和社会在宏伟计划,化石燃料或将要被无碳燃料所替代。用氢作为替代燃料可能是最佳的解决方案。
 
  电解的作用
 
  最有效的制氢方法是电解法,即将水分子分解成氢和氧。水分子在电场中分离,氢在阴极(-),氧在阳极(+),分别从相应电极上收集。通过电解法用可再生能源制氢,同样不产生二氧化碳。这种氢被称为“绿氢”。
 
  碱液(LA)电解装置是目前大规模电解的标配,是应用最广泛、技术成熟、性价比高的制氢方法。在加有碱溶液的电解槽中,电解反应发生在两电极之间水和液态电解质(30%氢氧化钾)的混合溶液中。两个电极都需要通过中间催化反应提高转化效率。
 
  这个过程正是镍的用武之地。为了优化成本、耐用性和效率,电极表面使用了镍,碱液电解装置的用镍量约为2kg/kW转换能量。
 
  燃料电池的未来
 
  燃料电池是电化学能发生装置,可以将化学能转化为电能。以氢为燃料时,唯一的副产物是水。
 
  在未来的碳中和社会,各种类型和规格的电动汽车将成为常用交通工具。虽然大部分乘用车将使用锂电池,但卡车、公交车和船舶等大型交通工具很可能使用燃料电池。
 
  不同燃料电池的工作机制
 
  燃料电池类似于电解装置,有两个电极,中间夹着电解质。燃料电池一般按其电解质类型分类。
 
  由于尺寸灵活、功率重量比适宜和启动速度快,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在轿车、卡车、公交车和叉车等移动应用中最常见且使用最广泛。
 
  这种燃料电池使用固态聚合物电解质膜,它与存储的氢气和空气中的氧气发生电化学反应产生电能,与其他燃料电池相比,这种电池的工作温度和压力较低,功率密度更大。
 
  每个电池都夹在两个双极板之间,将氢燃料输送到阳极,将氧气输送到阴极,并使产生的水进入排放装置。质子交换膜燃料电池的用镍量不大,因为它们在约80℃的低温下工作,但由于此类电池的用量大,所以镍的总消耗量也会随之增长。
 
  固态氧化物燃料电池(SOFC)常用电池中排名第二,主要作为发电厂、微型电网和大型单体用户的一次电源。这种电池采用离子导电陶瓷电解质,工作温度600℃~800℃之间。由于工作温度较高,在固体氧化物燃料电池需要使用大量的含镍不锈钢。
 
  熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种类似于固态氧化物燃料电池的高温燃料电池,以陶瓷基体中的熔融碳酸盐作为电解质。虽然不常见,但这类燃料电池能够封存反应过程中产生的二氧化碳,从而在涉及尾气的应用中很受欢迎,有助于减少温室气体总排放量。这类系统同样要用到大量的镍。
 
  气候变化和由此造成的环境恶化对全球社会和经济发展产生威胁。许多新开发的氢能燃料创新应用使我们对更加绿色环保的未来充满希望。
 
  (本文由国际镍协会提供资料整理而成)
 
 

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