材料互换降低绿色氢装置成本

研究人员通过开发不锈钢组件来取代钛组件，降低了质子交换膜电解水器(PEMWE)的制造成本。PEMWEs可以用于绿色制氢，但钛组件的成本限制了它们的商业可行性，这是本研究可以帮助解决的问题。

绿色氢是由使用剩余可再生能源的电解槽生产的。它是依赖特定天气条件和地理位置的化石燃料和可再生技术的一种有前途的替代品。最常用的电解制氢方法是碱性水电解(AWE)和PEMWE。虽然PEMWE的产氢量可能是AWE的12倍以上，但由于其钛电池组件，即多孔传输层和双极板，其资本成本更高。使用钛，因为它可以抵抗腐蚀性电解条件，并避免中毒设备的催化剂涂层膜。

奥尔多·加戈来自德国航空航天中心(German Aerospace Centre)的他和同事此前已经证明，不锈钢可以作为双极板的基材，方法是使用涂层保护其不受腐蚀。其他研究人员已经对由涂层和未涂层不锈钢制成的多孔传输层进行了实验。多孔传输层和双极板占PEMWE堆栈成本的60-70%，因此节省成本的机会非常大。Gago解释说:“不仅不锈钢的价格更低，由于所需的工具，用钛制造复杂的结构非常昂贵。”

在他们之前工作的基础上，该团队现在开发了一种主要由不锈钢部件组成的PEMWE电池。Gago解释说:“我们面临着两个主要挑战:在如此恶劣的环境中保护不锈钢免受腐蚀，使用最便宜的不锈钢多孔结构并对其进行修改，以达到与任何商业电解槽相同的性能。”

他们采用真空等离子喷涂技术，在四层网状型不锈钢多孔传输层上涂上铌和钛。在阳极一侧使用这些涂层多孔传输层，在阴极一侧使用钛涂层不锈钢双极板，他们使用加速应力测试测试了电池的耐久性。

这种涂层不仅能防止腐蚀和催化剂中毒，还能降低电阻。这意味着效率提高了12%，性能与商业电解槽相当。虽然这对降低制氢成本很重要，但加戈指出，未来仍有挑战。“要降低电解槽、电力、水和许多其他导致绿色氢成本高的因素的成本，还有很多工作要做。然而，不锈钢在PEMWE中的使用应该会对成本产生积极的影响，特别是在大规模的情况下。”

“我认为多孔传输层将是一个相当大的商业挑战，”评论道凯瑟琳·艾尔斯他是Nel Hydrogen美国公司的研发副总裁。“这既是挑战，也是机遇——几乎所有的组件都有降低成本的空间，但你必须做到所有这些才能达到成本目标。”