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最近，又看到一些關于H2Pro這家企業以及E-TAC（電化學-熱活化化學）水分解法制氫的一些信息，今天就針對這家企業以及該技術路線做一些簡單分析。
一、關于H2Pro這家企業
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在2019年1月份，由馬爾科（Talmon Marco）以色列理工學院的三位氫能領域專家（分別為：Hen Dotan博士、Gideon Grader教授和Avner Rothschild教授）共同創辦。（這位馬克也快被媒體神化成馬斯克一樣了......）
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該公司主要是基于E-TAC技術進行制氫設備開發。該技術是以色列理工大學通過電化學—熱活化水分解技術可以解耦此過程，并以98.7%的能量效率顯著提升氫氣的生產效率。該文章已發表在2019年9月的Nature Energy。
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目前該公司已經獲得韓國現代、比爾蓋茨名下Breakthrough Energy Ventures，李嘉誠名下維港投資等等知名機構的投資。
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企業目標，基于E-TAC技術的高電解效率來實現低成本的綠氫。
二、E-TAC技術的說明
1.關于E-TAC基本介紹
通過將電解水過程分為兩個步驟來解耦這些反應:一個是電化學步驟，在陰極還原水并氧化陽極；然后是一個自發的化學步驟，在更高的溫度下加快速度，通過氧化水將陽極還原到初始狀態。這使得在無膜雙電極電池中，在平均電池電壓為1.44–1.60 V、標稱電流密度為10–200 mA/cm2的情況下，整體水分裂成為可能。這使我們能夠在低電壓下以簡單、循環的過程生產氫氣，具有高效率、穩健性、安全性和規模化放大潛力。（貌似電流密度不高）
E-TAC是一種解耦水分解的方法，克服了實現電解水制氫的能量轉換效率的重大障礙。在此過程中，在實現的方案中提供了更多的自由度，使工藝參數的優化超過了傳統的電解槽。
E-TAC通過將水的氧化反應分為兩個步驟來實現:一個是電化學步驟，氧化陽極；然后是一個自發的化學步驟，通過氧化水將陽極還原到初始狀態：
我們開發的工藝如圖1所示，它比較了傳統堿水電解(下圖a)和我E-TAC提出的工藝(下圖b)。氫氣形成反應(在水分解的情況下析出氫)在這個方案中是不變的，因為它發生在陰極，而E-TAC只修改了在陽極的水氧化反應。因此，在第一個過程中，水在陰極被還原為氫氣，釋放出OH-離子。四電子析氧反應(OER)發生在常規電解的陽極(如下圖a)，但在E-TAC中被分為兩個連續的步驟，包括四個單電子的氫氧化鎳(Ni(OH)2)陽極氧化反應步驟1，然后就是自發的析氧和陽極再生在熱活化的化學步驟，如下圖b所示(參見補充注釋1和補充圖1了解更多細節)。
因此，在E-TAC的兩步電化學-熱激活化學(E-TAC)循環中，當氧化陽極(現在是氧化氫氧化鎳(NiO(OH)))在自發的、釋放能的化學反應中還原為Ni(OH)2時，O?O鍵在第二步中形成，產生氧氣并再生陽極，完成整體的水分解反應。類似于自然系統中的氧演化復合物，該方案使用四個金屬中心來存儲氧化等價物，這有助于平衡基本氧化反應的電位，從而降低整體反應的過電位。與之前在此新興領域的其他研究工作相比，E-TAC的方法實現了解耦水分解，提高了效率和通用性，如下圖所示。
堿水電解及E-tAC水裂解工藝示意圖說明：
a，在堿性水電解中，通常發生在高溫下(50-80°C), OER和HER在時間和空間上是耦合的，因為它們同時發生在陽極和陰極，它們一起放置在同一個電池中。隔膜或陰離子交換膜將陽極和陰極分隔開，防止O2/H2交叉。
b、E-TAC拆分水分為兩個連續步驟進行：
Step1：電化學步驟(左)通過常規的HER在陰極還原水，釋放氫氧根離子(OH -)，將氫氧化鎳(Ni(OH)2)陽極氧化成氧化氫氧化鎳(NiO(OH))。
Step2：熱化學步驟(右)，即NiO(OH)陽極與水反應自發產生氧氣。
備注：第一反應(電化學)發生在環境溫度(~25°C)，而第二反應(化學)在升高的溫度(~95°C)進行，以獲得最佳的反應速率；第一反應和第二反應之和為整體的水分解反應，2H2O→2H2 + O2。
3.電極設計
簡而言之，E-TAC水分解工藝用兩步循環取代了傳統的堿法電解水氧化反應，即陽極首先帶電(電化學)，然后再生(熱化學)。第一步的析氫反應(HER)與傳統堿性電解過程相同，不同的是它發生在環境溫度（25°C）而不是高溫(通常為50-80°C)。因此，在傳統堿法電解中使用的陰極材料，如Raney鎳（雷尼鎳））或其他HER催化劑，都可以在E-TAC的工藝中使用。在前期的E-TAC項目驗證中使用鍍鎳不銹鋼網狀陰極作為標準基準的HER陰極進行的概念驗證實驗。
在E-TAC的工藝中，陽極的功能與傳統的堿性電解完全不同，需要仔細材料選擇和優化。陽極的關鍵選擇標準包括：在堿性溶液中的穩定性；金屬氫氧化物和氫氧化物系的循環性；氧化還原電位高于可逆OER電位(1.23 VRHE)低于氧在陽極材料上的演化電位；高容量；充電速度快，再生速度快。這些考慮都指向了Ni(OH)2/ NiO(OH)陽極，由于其可循環性和高能量密度，它們通常用于堿性二次電池。Ni(OH)2按以下反應可逆地氧化為NiOOH : Ni(OH)2 + OH -?NiO(OH)+ H2O + e-。
雖然Ni(OH)2/NiO(OH)標準氧化還原電位比可逆OER電位高190 mV，但其過大的過電位在動力學上抑制了OER。這使得堿性電池在不過度充電的情況下，可以運行數千次，而不會產生寄生氧進化，從而導致膨脹和故障。為了抑制過度充電時可能發生的寄生氧析出，使用了催化Ni(OH)2/NiO(OH)反應并抑制氧析出的添加劑，最常用的添加劑之一是鈷。鈷提高了陽極的電子和質子電導率，并使Ni(OH)2/NiO(OH)氧化還原電位發生陰極偏移，擴大了充電和過充電之間的電位窗口。因此，與未摻雜鈷的Ni(OH)2相比，Ni1-xCox(OH)2陽極可以以較低的電位帶電，從而達到較高的荷電狀態(SOC)，而不需要氧的析出。
與應避免產生氧氣的電池陽極不同，該工藝的陽極必須在E-TAC循環的第二步中產生氧氣。此外，在產氫(第一步)過程中，抑制伴隨氧析出的自發再生反應是必要的。因此，E-TAC設計的陽極和操作條件是為了在第一步抑制氧的析出，在第二步促進氧的生成。該實驗驗證使用以Ni0.9Co0.1(OH)2為陽極，采用電化學浸漬(ECI)法制備在泡沫鎳基底上。ECI電極比燒結或粘貼電極具有更高的表面積，因此可以在較低的過電位下保持較高的電流密度。此外，與粘貼的電極相比，ECI電極的再生率要高得多。在泡沫鎳基體上覆蓋了一層約9 μm厚的β-氫氧化鎳層。通過能量色散光譜測定涂層成分，得到Ni:Co的比例為6.7:1.0(其中x?0.1;即Ni0.9Co0.1(OH)2)。
原文始發于微信公眾號（氫眼所見）：關于H2Pro這家電解水企業以及E-TAC技術路線的介紹（第一篇）
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