關于H2Pro這家電解水企業以及E-TAC技術路線的介紹（第二篇）

接上（第一篇）~

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4、電化學表征

Ni0.9Co0.1(OH)2和NiFe LDH陽極的電化學性能說明：

圖a，在50 mV/ s的掃描速率下測量的循環伏安圖。

圖b，計時安培電流痕跡為1.48 VRHE。

圖c, Tafel圖是穩態水氧化電流與電位的函數，從10分鐘安培電流圖，如b中所示。

虛線a表示從c中提取的穩態水氧化電流。對于所有圖，Ni0.9Co0.1(OH)2陽極用藍色表示，NiFe LDH陽極用紅色表示。所有試驗均在5 mol/L KOH環境溫度下進行。

備注：塔菲爾（Tafel）圖是表示電極電位與極化電流或極化電流密度之間的關系。

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為了確定Ni0.9Co0.1(OH)2陽極充電反應的法拉第效率，我們首先比較了電容電荷與計時安培充電過程中流動的總電荷。在1.48 VRHE的電位下對完全放電的陽極充電時，法拉第效率大于99.7%，持續時間超過2000秒，在此期間陽極充電超過50 C /cm2。為了驗證不產生氧氣，在1.48 VRHE恒電位下對完全放電的陽極充電時，監測電解液中的溶解氧濃度。在55 C/ cm2的電荷范圍內，沒有觀察到溶解氧濃度上升。

在盡可能類似于E-TAC工藝的產氫步驟的條件下(即在恒電流下給陽極充電)，也對溶溶氧濃度進行監測。此外，在1.48 VRHE再生Ni0.9Co0.1(OH)2陽極時安培充電下，還測量了溶解氧濃度。在這兩種情況下，在3 C/ cm2以上的溶解氧濃度沒有上升，確認在這些條件下陽極充電時沒有產生氧氣。最后，氣相色譜測量顯示，在固定電流密度為50 mA/cm2(即充電5 C/ cm2)的情況下，陽極密封電池的頂空氫氣濃度上升，而氧氣濃度沒有上升。這些結果證實了在E-TAC制氫過程中，陽極充電時沒有發生析氧等寄生副反應。

在E-TAC的概念驗證實驗中，氫氣在鍍鎳不銹鋼陰極上產生，而Ni0.9Co0.1(OH)2陽極在5 M KOH水溶液(pH 15)中氧化為Ni0.9Co0.1(OH)2。采用了Ni0.9Co0.1(OH)2陽極，再生容量為5 C/ cm2。產氫步驟在環境溫度下進行(不加熱或冷卻)，電流密度為50 mA/ cm?2，時間為100 s。我們將施加的電池電壓限制在不超過120 mV的熱中性電壓(1.48 V)。這有助于最大限度地減少熱損失，并防止氧的產生和陽極過充，這可能使NiO(OH)從β相轉變為γ-p相。根據溶解氧測量，對于該電荷量，陽極充電反應的法拉第效率為99.2%±0.1%。在制氫（充電）步驟期間記錄了電池電壓Vcell和陽極電位Eanode，如下圖a所示：

每100 s產氫步驟結束后，將帶電陽極從冷電池中取出，置于熱(T = 95°C)電解液(5 M KOH)中100 s，以加速自發釋氧和初始狀態的再生。在陽極再生步驟中觀察到明顯的氣泡(O2)形成，而在氫氣生成步驟中，氣泡(H2)只在陰極上形成。

在每個充電步驟中，電池電壓和陽極電位以一致的方式增加，從一個循環到另一個循環顯示出很少的變化，沒有穩定的漂移(圖3a)。這種電化學行為表明，該過程是循環的，沒有降解;在每個循環結束時，陽極的SOC返回到初始狀態，沒有可測量的變化。為了證實這一點，在E-TAC循環之前、期間和之后，通過原位顯微結構(SEM)和結晶度(x射線粉末衍射)分析驗證了陽極的循環性。

在制氫步驟中，陽極電位從1.37-1.45 VRHE(下圖a)變化，遠低于Ni0.9Co0.1(OH)2和NiFe LDH陽極的OER電位(分別由下圖b中的藍色和紅色虛線表示)。在這些電位下，氧的析出可以忽略不計。電池總電壓從1.44-1.56 V變化(下圖a)，在所有10個周期中平均為1.5 V(下圖c)。E-TAC過程的電壓效率36,Vth/Vcell，其中Vth為水裂解反應的熱中性電壓(標準條件下為1.48 V)，在所有10個循環中平均為98.7%。由電流×時間乘積(即電荷)可以計算出，在下圖所示的十次循環中產生了6.4 ml氫氣(1 atm, 25°C)，根據循環中測量的電流和電池電壓消耗20.8 mWh，如下圖所示。因此，E-TAC工藝實現了較低的電能消耗，僅為3.24 kWh /m3，或39.9 kWh/ kg氫氣。

7.碳酸鹽緩沖電解質溶液中的E-TAC水分解

因此，還通過在pH值為10.6的碳酸鹽-碳酸氫鹽（K2CO3：KHCO3的3:2比例）緩沖電解質中操作來證明該方法的多功能性。在該試驗中，在25 mA /cm2的標稱電流密度下，陽極電位從1.43–1.50VRHE變化。這表明E-TAC水裂解工藝不僅限于堿性溶液，在電化學工業中具有更廣泛的應用潛力。

多單元E-TAC過程示意圖：

a，過程中一般的電解液流動，圖中為冷電解質在a槽內循環，產生左側中間(藍色)槽相分離的H2氣體，而熱電解質在B槽內循環，產生左側紅色槽相分離的O2氣體。左邊灰色槽中的中溫洗滌液大部分時間通過旁路循環。該液體用于將冷電解質溶液和熱電解質溶液“推”到生成H2或生成O2步驟結束時各自的槽中。

b，單電池循環，顯示每個電池的再生操作，H2在環境溫度下的電偏置下產生，O2在不施加電偏置的更高溫度下產生(開路)。

* R，表示殘余氣體。

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