自供电制氢系统采用锌空气电池来最大程度降低火灾风险
韩国科学技术院 (KAIST) 的研究人员开发出了一种新型制氢系统，该系统将克服当前绿色制氢的局限性。预计通过利用水溶性电解质的水分解系统并阻止火灾风险，将能够稳定地生产氢气。材料科学与工程系姜郑久教授的研究团队开发了一种基于高性能锌空气电池的自供电制氢系统。该研究成果发表在《先进科学》杂志上。
氢气（H 2）是高附加值材料合成的原料，作为能量密度（142 MJ/kg）比现有化石燃料（汽油、柴油等）高出三倍的清洁燃料而备受关注。但是，目前大多数氢气生产方法都存在排放二氧化碳（CO 2）的问题。
此外，利用太阳能电池、风能等可再生能源作为电源，通过分解水实现绿色制氢，但可再生能源电源受温度、天气等影响，发电不规律，导致水分解效率较低。
为了克服这个问题，能够释放出足够电压（1.23V以上）用于通过水分解产氢的空气电池作为电源备受关注，但必须使用贵金属催化剂才能获得足够的容量，而且存在催化剂材料的性能在长期充放电过程中迅速劣化的限制。
因此，开发对水分解反应（氧气生成、氢气生成）有效的催化剂和对锌空气电池电极重复充放电反应（氧气还原、氧气生成）稳定的材料至关重要。
因此，姜教授的研究团队提出了一种利用在氧化石墨烯上生长的纳米级金属有机骨架，合成对三种不同催化反应（氧气生成-氢气生成-氧气还原）均有效的非贵金属催化材料（G-SHELL）的方法。
研究团队确认，所开发的催化剂材料由空气电池的空气电极材料构成，其能量密度（797 Wh/kg）约为现有电池的5倍，输出特性高（275.8 mW/cm²），即使在反复充放电条件下也能长时间稳定运行。
此外，采用水溶性电解质、没有火灾危险的锌空气电池，有望与水电解系统相结合，作为下一代储能装置，作为一种环保的氢气生产方法应用。
康教授表示：“基于锌空气电池的自发电制氢系统是通过开发一种活性高、寿命长的催化材料，在低温下以简单的方式在三种不同的电化学催化反应中实现的，这将是一个新的突破，可以克服目前绿色氢气生产的局限性。”
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