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瑞士公司開發(fā)陰離子交換膜技術(shù),推動(dòng)綠色氫氣生產(chǎn)商業(yè)化發(fā)展

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2024-07-26  來源:DeepTech深科技  瀏覽次數(shù):2271
        綠色氫能(Green hydrogen)被《麻省理工科技評(píng)論》評(píng)為 2021 年的“全球十大突破性技術(shù)”之一。

它源自可再生能源(太陽能、風(fēng)能等)發(fā)電的電解水,并且在燃燒過程中僅產(chǎn)生水,因而對(duì)環(huán)境非常友好。

此外,綠氫還被認(rèn)為具有成為低碳化核心燃料的潛力,在交通運(yùn)輸、能源儲(chǔ)存、綠色肥料和鋼鐵生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域的脫碳過程中有望發(fā)揮關(guān)鍵作用。

如果用氫燃料電池替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī),不但可以實(shí)現(xiàn)零碳排放和更高的效率,加燃料和燃油車加油的體驗(yàn)感差不多,還能達(dá)到類似的駕駛距離。

其中,陰離子交換膜(AEM,Anion Exchange Membranes)燃料電池因其成本優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是最有前途和高效的氫轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。

然而目前,陰離子交換膜燃料電池仍處于發(fā)展的早期階段,缺乏合適的 AEM 是主要障礙之一。

近年來,學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都對(duì) AEM 投入了極高的關(guān)注。

例如,美國(guó)清潔氫能初創(chuàng)公司 Power to Hydrogen 開發(fā)了一種電池設(shè)計(jì)技術(shù),為解決傳統(tǒng) AEM 電解槽的耐久性挑戰(zhàn)提供了方案。

3 月,該公司宣布,已完成首個(gè)工業(yè)規(guī)模 AEM 電解槽第一階段演示,并計(jì)劃于 2024 年年底完成第二階段演示。

相關(guān)技術(shù)的開發(fā)得到了來自美國(guó)航空航天局、荷蘭皇家殼牌石油公司和美國(guó)能源部下屬高級(jí)能源研究計(jì)劃署等機(jī)構(gòu)的支持。

將 AEM 從學(xué)術(shù)界向產(chǎn)業(yè)界邁進(jìn)也有這樣一個(gè)案例。歐洲科學(xué)院院士、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL,École Polytechnique Fédérale de Lausanne)胡喜樂教授自 2017 年,連續(xù)六年被科睿唯安(Clarivate Analytics)評(píng)為“高被引科學(xué)家”。

其課題組致力于發(fā)開新型能源技術(shù),推動(dòng)新能源發(fā)展。主要包括三個(gè)研究方向:電解制氫技術(shù)、氫燃料電池技術(shù)和二氧化碳(CO2)電化學(xué)還原技術(shù)。

具體來說:

電解制氫技術(shù)利用可再生能源電解水制備氫氣,是一種綠色、清潔的能源生產(chǎn)方式,可以實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)的“去碳化”。

氫燃料電池技術(shù)是利用電化學(xué)過程,將氫氣直接轉(zhuǎn)化成電能,無需經(jīng)過燃燒過程,是一種綠色、清潔、高效的氫能利用方式。

而 CO2 電化學(xué)還原技術(shù)是一種“負(fù)碳技術(shù)”,它利用電化學(xué)反應(yīng)將空氣中的 CO2,或工業(yè)排放(例如發(fā)電廠煙道氣)中的 CO2,轉(zhuǎn)化成可循環(huán)使用的工業(yè)氣體一氧化碳(CO)。

基于十余年在上述方向的技術(shù)積累和沉淀,胡喜樂團(tuán)隊(duì)于 2023 年初,在瑞士建立 AEM 公司 NovaMea,旨在將電解制氫技術(shù)和氫燃料電池商業(yè)化,該公司位于 EPFL 的創(chuàng)新科技園。

吳星宇是膜技術(shù)專家,在 EPFL 獲得化學(xué)博士學(xué)位,博士導(dǎo)師為胡喜樂教授。博士畢業(yè)后,他于 2023 年 6 月加入 NovaMea 公司,先后擔(dān)任公司董事、首席技術(shù)官,自 2023 年 11 月開始,擔(dān)任該公司 CEO。

 


(來源:NovaMea)

2023 年 2 月,NovaMea 公司與 EPFL 簽署相關(guān)許可協(xié)議。根據(jù)這份協(xié)議,NovaMea 公司已獲得四項(xiàng)突破性技術(shù)的獨(dú)家許可。

公司開發(fā)的相關(guān)技術(shù)包括:AEM 電解水設(shè)備、AEM 燃料電池、AEM 二氧化碳電還原等。此外,他們也在燃料電池電極方面做系統(tǒng)性優(yōu)化,例如,使用 NovaMea 的陰離子交換離子聚合物和多孔碳載體、優(yōu)化催化劑的組分等。

2023 年 6 月,胡喜樂課題組報(bào)道了一種使用 NovaMea 公司特有材料的 AEM 電解槽,顯示出一系列刷新領(lǐng)域記錄的性能[2]。

例如,在 2-3A cm-2 電流密度下,可穩(wěn)定運(yùn)行 1100 小時(shí)以上、最高功率密度 1.38W cm-2,以及在 2V 電壓下,保持 6.3A cm-2 的高電流密度。

2023 年 11 月,胡喜樂團(tuán)隊(duì)在 ACS Energy Letters 發(fā)表論文[3],采用不含鉑族元素的催化劑,實(shí)現(xiàn)了類似的電解水性能。此外,該研究還揭示出離聚物在 AEM 電解水中發(fā)揮的重要作用,這是提高電解性能和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

 


(來源:ACS Energy Letters)

在公司創(chuàng)立初期,NovaMea 獲得了來自瑞士科技創(chuàng)新署(Innosuisse)的資金支持。今年 4 月,該公司宣布成功完成種子輪融資,由全球風(fēng)險(xiǎn)投資公司 Lightspeed Venture Partners 領(lǐng)投,投資總額為 320 萬美元,用于促進(jìn)綠色氫氣生產(chǎn)。

“我們很高興宣布,成功完成種子輪融資。”NovaMea 董事會(huì)主席兼聯(lián)合創(chuàng)始人胡喜樂對(duì)接媒體表示,“這筆投資不僅證實(shí)了我們的技術(shù)實(shí)力,還為我們提供了進(jìn)一步推進(jìn)綠色氫能革命所需的資源。”

 


(來源:NovaMea)

據(jù) NovaMea 官網(wǎng),該公司已完成了與早期用戶的第一份商業(yè)合同,并得到來自客戶的積極反饋。

不僅在瑞士,NovaMea 也積極推動(dòng) AEM 技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展。據(jù)公開資料顯示,NovaMea 于 2023 年 12 月在香港成立子公司,并計(jì)劃近期將中國(guó)總部和生產(chǎn)線設(shè)立在蘇州。

參考資料:

1. X. Wu & X. Hu.Anion Exchange Membranes for Hydrogen Technologies: Challenges and Progress. Chimia 2023, 77, 494–500.

https://doi.org/10.2533/chimia.2023.494

2. N. Chen, et al. Robust Piperidinium-Enriched Polystyrene Ionomers for Anion Exchange Membrane Fuel Cells and Water Electrolyzers. ACS Energy Letters 2023, 8, 4043–4051.

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01402

3. Y. Zheng, et al. Anion Exchange Ionomers Enable Sustained Pure-Water Electrolysis Using Platinum-Group-Metal-Free Electrocatalysts. ACS Energy Letters 2023, 8, 5018–5024.

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01866

https://www.epfl.ch/labs/lsci/hu/

https://www.novamea.swiss/

https://ggba.swiss/en/novamea-secures-usd-3-2-million-to-boost-green-hydrogen-production/

https://power-h2.com/power-to-hydrogen-and-global-utility-leaders-successfully-complete-phase-i-of-first-ever-industrial-scale-aem-electrolysis-stack-demonstration/

 
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