海水制氢获得突破：而压错能源的日本，就这样放弃了锂电池。

发布日期：2024-09-19 13:22

来源类型：root | 作者：玛丽亚·德·梅黛洛

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海水制氢获得突破

无需脱盐直接电解

长期以来，氢气一直被视为清洁燃料，是应对能源挑战的潜在解决方案，对制造业、航空业和航运业等难以脱碳的行业来说更是如此。但目前世界上几乎所有氢气都来自化石燃料，而获得这些氢气每年会产生约8.3亿吨二氧化碳，相当于英国和印度尼西亚的年排放量之和。由水裂解制成绿氢尽管不会排放二氧化碳，但成本高昂，仅占全球氢气总产量的1%。为制造绿氢，科学家一般会使用电解槽向水中输送电流，将其分解为氢和氧，电解槽目前会用到昂贵的催化剂，消耗大量能源和水：制造一公斤氢气大约需要9升水。另外，还会产生有毒物质氯。

近日，澳洲一所大学成功在不预先处理海水和使用贵金属电极的情况下，直接电解海水生成可燃烧的氢气，且过程没有沉淀物产生：阿德莱德大学研究团队发展出新技术，让海水不需要脱盐、净化、碱化和使用贵金属的情况下，分解出可燃烧的“氢气”。

（文章内容来源于网络）

研究人员让多氧化钴附着在碳纤维上，使其成为海水的阳极和阴极，并测试多氧化钴在碱化海水（含1.0 M KOH）和的天然海水中表现，发现多氧化钴在碱化海水中拥有更高的电流密度，在1.81V电压中，提供100 mA /cm2的电流密度。另外，多氧化钴在碱化海水中的电流密度表现也比使用两款贵金属电极更佳。这两款电极分别是“镍钼和含铁的羟基氧化镍”、“铂/碳二氧化钌”。不过科学家发现，多氧化钴在碱化海水电解100小时后，电流损失47%，而在无添加的天然海水中，使用50小时后电流密度会降至零。经研究发现，这种衰减来自于海水中的氯离子和沉淀物对电极的腐蚀。

为了降低多氧化钴电流衰减，他们将多氧化钴表面涂上一层三氧化铬。结果显示，这样的电极能够电解海水长达200小时以上，而且过程中电流几乎不衰减。实验中，他们并未将海水碱化或酸化，只是过滤里面的固体和微生物。

最终他们测试了这种电极大规模制造氢气活动的稳定性。在大规模电解过程中，科学家并未对海水进行净化、脱盐和添加强碱，发现能依照上面的实验理论正常运行超过100小时，且产出的氧气和氢气纯度高达90%左右，电解过程几乎没有氯气和氢氧化物副产物。研究人员表示，这项技术有望大幅降低电解槽使用成本，达到澳大利亚政府制定的“绿色”氢气生产目标，即每公斤两美元，因此比通过化石燃料提取氢气更具竞争力。

而为了获得更具成本效益的绿氢，研究团队开发出了一种专门用于海水的特殊催化剂：多孔N-NiMo3P。这种新型催化剂使用时所需能量很少，且可在室温下使用。虽然此前已有科学家开发出用于海水裂解制氢的其他催化剂，但它们很复杂，难以规模化生产。研究团队此次通过一种简单的方法改变了催化剂的内部化学性质，使它们相对容易大规模生产。

“押注”氢能源

日本的选择是对是错？

近些年，特斯拉等一系列纯电汽车开始迅猛发展，普及速度也得到迅猛提高。最近这些年来出现了很多全新的电车企业，而很多传统的燃油车企业也在逐步地转型，可以说最近几年来纯电汽车非常强势。但作为汽车强国的日本却对纯电汽车表现出冷漠的态度，而是选择押注氢能源，为什么？为何欧洲车企、美国车企及咱们众多自主车企都在不遗余力地研发、制造纯电汽车，而日系车企偏偏要搞氢动力汽车呢？说到底就是日本的能源结构所导致的。实际上并不是日系车企有多看好氢动力，只是日本的能源结构决定了未来的日系车只能向着氢动力过渡。

同时日本能源对外依存度非常高，包括原油、煤炭、天然气，以及镍、钴、锂等贵金属都依赖进口。而日本能源整体对外依存度高达90%以上，简单说就是只要能想到的能源、资源，日本都需要进口。所以日本对于新能源同样非常迫切，但日本却把宝押在了氢能源上而非电能。实际上早在上世纪80年代初，日本就已经开始布局氢能源，因为氢能源可以说是日本摆脱对进口能源依赖最理想、也是最有效的方式，但实现这个构想最重要的条件就是核电的支撑。所以日本很早就确定大力发展氢能源。

日本对氢燃料电池车的系统性探索始于2008年前后，并在2013年通过《日本再复兴战略》确立了氢能源车的地位。后续的一系列政策表明，日本把氢能源车视作燃油车唯一的替代方案，并力图在2050年实现氢能源车的全面普及。在当时看，氢是最适合日本的一条技术路线。日本国内资源极度匮乏，其中就包括锂电池的关键材料锂、镍和钴。氢能源车虽然也需要稀有金属，但主要消耗的是电，日本彼时大力发展的核能可以解决这个问题。在日本政府的构想中，氢会帮助日本实现能源自主。氢能源车是撬动它的杠杆，丰田则是开路先锋。Mirai是个昂贵的赌注，它要么成为汽车业的未来，要么成为反噬日本汽车工业的技术陷阱。

（文章内容来源于网络）

锂电池曾领跑世界

如今为何转向氢能源

上世纪70年代初，在全球“石油危机”下，美国政府大力开发新能源和储能技术，以减小对石油进口的过度依赖。与此同时，日本作为一个能源重度依赖进口的国家，也从多层面感受到了能源危机。早在1977年，日本通产省就定下了电动汽车规划，即十年内生产20万辆电动汽车。不过，受制于镍镉电池的技术原因，续航里程始终无法得到突破。因此，日本早期的电动汽车计划宣告失败。然而随后随着用碳材料代替金属锂作为锂电池的负极，沿用古德纳夫的钴酸锂正极，从根本上改善了锂电池的能量密度和使用寿命，并且大幅降低了成本，成为第一个商业化锂离子电池的设计原型。

1991年，根据多年开发经验，索尼公司率先发布了世界上第一块商用锂离子电池，并装配在其新款CCD-TR1摄像机中。随着90年代，个人电子设备的兴起，日本的锂电池技术也开始突飞猛进。

然而1997年一场金融风暴让锂电池行业重新洗牌，全球锂电池价格开始暴跌。因此，日本开始退出镍镉电池市场，留下的市场空白被比亚迪等国内厂家所填补。随后，在日本重磅投入的锂电池领域，先有韩国入局，随后中国又在2001年加入世贸组织后，迅速成为全球消费电子产品的制造中心。凭借着完整的本土供应链与劳动成本优势，迅速在锂电池领域崛起。日本在锂电池领域的技术优势、成本优势，已经逐渐萎靡，市场格局也由一家独大，转为中日韩三足鼎立。

现在日本之所以选择氢能源技术，还是有多方面考量的。首先，是由于其有多年的技术积累；其次，从理论上讲氢可以用水电解质获得，原料并不需要从外国进口；最后，氢能源技术在汽车领域的应用可以划分为氢燃料电池、氢内燃机两个技术路线。除此之外，还可以应用在日常发电领域，真可谓一举多得。于是，日本在2010年至2015年间，不仅投入了大量资金。又在2017年“基本氢能战略”，为的就是用氢能源代替化石燃料。

（文章内容来源于网络）

中国电池后来居上

成功敲开世界大门

去年美国《通胀削减法案》实施后，韩国电池企业在北美市场的影响力不断扩大。韩国电池企业和美国整车企业一直在推进在北美建立电池工厂。LG能源解决方案公司决定与通用汽车在美国俄亥俄州、田纳西州、密歇根州分别建设第一至三家工厂，第一工厂已于去年年底开始批量生产。《通胀削减法案》规定，用于电动汽车电池的核心矿物必须在一定比例以上的美国或与美国签订自由贸易协定(FTA)的国家采购，才能给予优惠，这也是为了牵制中国企业进军北美。

但在全球市场上，中国电池企业仍然快速成长。据市场调查机构SNE Research的调查结果显示，去年全球电动汽车电池使用量中，宁德时代以37.0%的占有率排名第一。其后依次为LG能源解决方案（占有率13.6%）、比亚迪（占有率13.6%）等。其中，宁德时代的电池使用量同比增长92.5%，比亚迪的使用量同比增长167.1%，中国企业的高增长尤为明显。

锂电池生产

需要考虑的安全问题

无论是电池生产还是电池处理：除了寿命，续航以及充电速度等因素，最重要的，还是要更加安全，才能保障使用者的安全，而这个因素在生产电池的时候就已经开始产生作用了，如果是锂电池的回收处理，安全问题则更为关键—比如针对电池的完全烘烤：

真空隧道干燥系统

真空隧道干燥系统一般用于圆柱锂离子电池的批量烘烤生产，全自动运行。采用国际先进的真空隧道烘烤工艺，保证电池烘烤的一致性，兼顾清洁生产与设备易检点维护；以及能够完全继承整套生产设备的手套箱：

锂电池手套箱是一个全密闭的腔体，把腔体内外的环境完全隔绝开，腔体的一面安装有视窗 和手套，操作人员通过手套对腔体内的物料进行操作：在操作前，对整个箱体抽真空，把箱体内空气完全抽掉，降低水氧含量至0.1ppm以下，然后填充惰性气体气体进行生产。

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