绿氢：电解质中的浮力驱动对流

时间：2022-06-01 10:51:48来源：

氢气可以用可再生能源以气候中和的方式生产，并且可以为未来的能源系统做出重大贡献。其中一种选择是使用阳光进行电解水分解，或者通过将太阳能电池与电解器间接耦合，或者直接在光电化学 (PEC) 电池中进行耦合。光吸收半导体用作光电极。它们浸入与强酸或强碱混合的电解质溶液中，其中含有高效电解所需的高浓度质子或氢氧根离子。

然而，在大型工厂中，出于安全原因，使用 pH 值接近中性的电解质溶液是有意义的。这种溶液具有低浓度的质子和氢氧根离子，这会导致传质受限和性能差。了解这些限制对于设计安全且可扩展的 PEC 水分解装置至关重要。

由 HZB 太阳能燃料研究所的 Fatwa Abdi 博士领导的一个团队现在首次研究了整个电池中的液体电解质在电解过程中的行为：在荧光 pH 传感器箔的帮助下，博士后 Keisuke Obata 博士在 Abdi 的团队中，确定了电解过程中 PEC 电池阳极和阴极之间的局部 pH 值。PEC 电池充满接近中性 pH 值的电解质。科学家们通过实验观察了靠近阳极的区域的 pH 值降低和靠近阴极的区域的 pH 值增加。有趣的是，他们观察到电解质随着电解的进行顺时针运动。观察结果可以用浮力来解释，这是由于电化学反应过程中电解质密度的变化导致的对流。"

与此同时，Abdi 和他的团队开发了一个多物理场模型来计算电化学反应引起的对流。“我们已经彻底测试了这个模型，现在可以提供一个强大的工具来预先模拟具有各种电解质的电化学电池中的自然对流，”Abdi 说。

对于该项目，Abdi 在 HZB 建立了一个“太阳能燃料设备设施”，该设施是亥姆霍兹能源材料铸造厂 (HEMF) 的一部分，这是一个对其他科学家开放的大型基础设施。这项研究也是在 UniSysCat 卓越集群的框架内与柏林工业大学合作进行的。

“通过这项工作，我们正在通过光电化学反应器工程的努力来扩展我们的材料科学专业知识，这是扩大太阳能燃料设备规模的重要下一步”，HZB 研究所所长 Roel van de Krol 教授说。太阳能燃料。

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