顆粒在線訊：近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料與能源小分子轉化創(chuàng)新特區(qū)研究組（05T6組）研究員鄧德會團隊以鎧甲催化劑為電極，構建出高效穩(wěn)定的電解水解耦裝置。該研究工作為電力削峰填谷策略提供了新思路。

　　解耦電解水是一種具有潛力的削峰填谷策略，可以將用電低谷期的過剩電力利用起來，在用電高峰期實現(xiàn)氫氣的低能耗制備。這一策略可以緩解電力生產(chǎn)與消耗之間存在的時空不平衡，對實現(xiàn)電能的高效利用具有重要意義。目前，構建高效、大容量的解耦裝置仍存在挑戰(zhàn)。因此，亟須開發(fā)出新型高性能的解耦裝置，實現(xiàn)過剩電力向氫能的高效轉化。

　　該研究中，研究團隊提出以石墨烯封裝鈷鎳顆粒的鎧甲催化劑為電極，以多硫化物離子為氧化還原介質(zhì)，構建電解水解耦裝置。此裝置在用電低谷期將過剩電力儲存為還原態(tài)多硫化物離子的化學能，在用電高峰期氧化多硫化物離子，實現(xiàn)氫氣的低能耗制備。在電流密度為100 mA/cm2的恒電流測試中，該產(chǎn)氫解耦裝置的總電位僅為0.82 V，是目前報道的解耦裝置的最低值。相比于直接全解水，該裝置有效降低制氫電位1.24 V，可節(jié)約高峰期產(chǎn)氫用電60.2%。在鎧甲催化劑的高效催化下，解耦裝置在500 mA/cm2的大電流密度下持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氫500小時，展現(xiàn)出高達2.5×105 mAh/cm2的產(chǎn)氫容量。此外，該團隊還與青島理工大學副教授關靜合作，結合理論計算，研究人員發(fā)現(xiàn)，鎧甲催化劑的優(yōu)異活性源于金屬內(nèi)核和石墨烯殼層上的氮原子對石墨烯殼層電子結構的協(xié)同調(diào)變，從而促進了多硫化物在石墨表面上的高效還原。該研究為電網(wǎng)系統(tǒng)的削峰填谷提供了新思路，有望應用于智能電網(wǎng)的構建。

　　鄧德會團隊近年來圍繞團隊前期在國際上率先提出的“鎧甲催化”概念，在鎧甲催化劑結構的設計和催化反應調(diào)控方面開展了系統(tǒng)研究（Angew. Chem. Int. Ed.，2013；Angew. Chem. Int. Ed.，2014；Energy Environ. Sci.，2014；Angew. Chem. Int. Ed.，2015；Nature Nanotech.，2016；Energy Environ. Sci.，2016；Adv. Mater.，2017；Adv. Mater.，2019；Energy Environ. Sci.，2020；Adv. Mater.，2020）。

　　相關研究成果以Highly Efficient Conversion of Surplus Electricity to Hydrogen Energy via Polysulfides Redox為題，發(fā)表在The Innovation上。研究工作獲得科學技術部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委基礎科學中心和重大項目、教育部能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心（2011·iChEM）等項目的支持。

高效穩(wěn)定的電解水解耦裝置為電力削峰填谷策略提供了新思路