A practical, organic-mediated, hybrid electrolyser that decouples hydrogen production at high current densities.
A practical, organic-mediated, hybrid electrolyser that decouples hydrogen production at high current densities.
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DOI：
10.1039/c7sc05388f
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发表时间：
2018-02-14
期刊：
影响因子：
8.4
通讯作者：
Cronin L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kirkaldy N;Chisholm G;Chen JJ;Cronin L
利用蒽醌二磺酸的混合电解槽可以在高达 3.71 A cm–2 的电流密度下分离 H2 和 O2 的生产，并提供一种本质上更安全、更灵活的水分解方法。氢被视为未来的可持续燃料，但全球氢生产的绝大多数来自化石燃料的改造。使用质子交换膜电解槽（PEME）的电解水分解提供了一种通过与可再生能源耦合来可持续生产氢气的途径，但在低电流密度和高操作压力下可能会发生气体交叉，导致爆炸性气体混合物并缩短电池寿命。在这里，我们演示了高度稳定的有机电子耦合质子缓冲液（ECPB）的应用，它可以在水分解过程中解耦氢气和氧气的产生。通过融合氧化还原液流电池和质子交换膜电解研究的概念，我们构建了一种混合电解槽装置，能够解耦水分解过程中的气体析出反应。该设备提高了气体纯度和操作安全性，同时仍然在工业相关的高电流密度下工作。在这个两步过程中，蒽醌-2,7-二磺酸被用作有机氧化还原介体，在 2.00 V 下以高达 3.71 A cm-2 的电流密度产生 H2，扩展了 ECPB 的概念。
A hybrid electrolyser utilising anthraquinone disulfonic acid allows H2 and O2 production to be decoupled at current densities of up to 3.71 A cm–2, and provides an inherently safer and more flexible approach to water splitting. Hydrogen is seen as a sustainable fuel of the future, yet the vast majority of global hydrogen production comes from the reformation of fossil fuels. Electrolytic water splitting using proton exchange membrane electrolysers (PEMEs) provides a pathway to sustainable hydrogen production through coupling to renewable energy sources, but can suffer from gas crossover at low current densities and high operating pressures, causing explosive gas mixtures and decreasing cell lifetimes. Here we demonstrate the application of a highly stable, organic electron-coupled proton buffer (ECPB) which allows the decoupling of hydrogen and oxygen production during water splitting. By merging concepts from redox flow battery and PEM electrolysis research, we have built a hybrid electrolyser device capable of decoupling the gas evolution reactions during water splitting. The device improves on both gas purity and operational safety, while still working at industrially relevant, high current density. Anthraquinone-2,7-disulfonic acid was used as an organic redox mediator in this two-step process, producing H2 at current densities of up to 3.71 A cm–2 at 2.00 V, extending the concept of the ECPB.
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