南京理工大学研发的聪明装置可有效地从海水中分离出氢气和锂

研究人员说，他们已经展示了一种海水电解器，其工作效率与商业淡水电解器一样，可以连续工作数月而不会将自身腐蚀损坏，并且这些机器还可以收集锂。可再生能源生产的氢气的一个问题是它使用淡水，而世界上四分之一的人口每年至少有一个月已经面临严重缺水，淡水是一种越来越有限和宝贵的资源。因此，能够从覆盖地球大部分地区的丰富海水中电解出氢气的技术是一个重要的研究领域。

目前人们可以淡化海水，然后将其分离，但这不是一个很好的解决方案；大部分输入能量在淡化过程中损失了，这使所制造的氢气的价格上升。也有很多直接的海水电解机，但大多数死得太快，在商业意义上是没有用的；复杂的海洋酿造物中的氯化物离子在阳极变成高腐蚀性的氯气，它侵蚀了电极并使催化剂退化，直到机器停止工作。

中国南京理工大学的研究人员认为他们已经找到了解决这个问题的方法。在上个月发表在《自然》杂志上的一项研究中，团队展示了一台直接海水电解机，它运行了3200多个小时（133天）而没有发生故障。它是高效的，可扩展的，操作起来很像淡水分流器，"而操作成本没有明显的增加"。

该团队的电解器使用廉价、防水、透气、防生物污染的聚四氟乙烯膜，使海水与浓缩的氢氧化钾电解液和电极完全分离。这些膜阻止液态水通过，但它们可以让水蒸气通过。海水侧和电解质侧之间的水蒸气压力差异"为海水侧的自发海水气化（蒸发）提供了驱动力"。

当水从电解质中分裂成氢气和氧气时，它在电解质和海水之间产生了蒸汽压差，导致海水自发蒸发并通过防水膜

因此，得到的是纯水从海水中迅速蒸发出来，没有任何额外的能量输入，然后穿过聚四氟乙烯膜，作为液体被吸收到电解质中，它让水通过，并100%地阻止可能在电极或膜上造成损害的其他离子。

该团队在深圳湾的海水中测试了一个紧凑的11个单元的电解箱，大约有几个中等大小的手提箱那么大。在133天的测试中，它每小时产生约386升氢气，这听起来很多，但如果是在标准大气压下，386升仅代表31.652克的氢气价值。在燃料电池电动车的应用背景下，假设一辆汽车用1公斤的氢气行驶约100公里（62英里），这个11个电池的装置每小时产生的氢气足以驱动一辆汽车行驶约3.2公里（2英里）。不过，这只是一个小型测试装置。

就效率而言，该电解器每生产一正常立方米的氢气就会消耗大约5千瓦时。由于氢气每Nm3携带约3.544千瓦时的能量，这个海水电解器以大约71%的效率运行。这当然是目前很多电解槽技术的范围，尽管它没有跟上一些新兴的超高效设计，如Hysata的95%效率的毛细管进料设计。

左图：11个电池的测试装置运行了四个多月。右图：每个电池的结构

该设备在海水中运行四个多月后仍在全容量运行，测试后的分析显示，电解液中的"杂质离子没有明显增加"，"表明PTFE膜的离子阻断效率为100%"，催化剂层上也没有看到腐蚀。研究人员说，既然从海水中提取淡水的基本原理已经被证明，那么就有很多路径可以探索，以提高性能。

更重要的是，它也可以被开发成一个锂收集机。记忆力比我好的读者可能记得我们在2020年发表的一篇报道，其中沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的一个团队开发并测试了一个海水电解装置，该装置也使用特殊的陶瓷膜从海水中吸出磷酸锂。

这是一个完全不同的系统，但团队做了一点测试以观察他们的蒸发过程如何影响海水中锂的浓度。他们发现在几百个小时后，锂的浓度明显增加了42倍，而且他们能够沉淀出一些碳酸锂晶体，这表明随着进一步的发展，这些机器可能能够从氢气和电池金属中产生收入，这可能是在商业吸收和扩展方面的一个巨大推动。

该研究发表在《自然》杂志上。

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