近日，中國客車網(wǎng)從相關(guān)渠道獲悉，東芝公司已開發(fā)出大規(guī)模的電極生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)可實現(xiàn)電到氣 (P2G) 技術(shù)的高效率轉(zhuǎn)換，這是邁向碳中和社會必不可少的專有技術(shù)，同時減少使用銥，世界上最稀有的貴金屬之一。

　　P2G 利用水的電解將可再生能源轉(zhuǎn)化為氫氣，用于儲存和運輸?shù)叫枰牡胤?。聚合物電解質(zhì)膜 (PEM) 電解被視為一種非常有前途的轉(zhuǎn)換方法，因為它對功率波動反應(yīng)迅速并且非常耐用。然而，PEM 使用銥(所有交易貴金屬中最稀有的一種)作為其電極中的催化劑。實際應(yīng)用需要減少使用銥，這是一個真正的挑戰(zhàn)。

　　東芝開發(fā)了一種氧化銥納米片層壓催化劑，在2017年將銥的需求量降低到了1/10。該公司現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，可以一次將催化劑沉積在最大 5 m2的面積上。這一進展有望推動P2G在大規(guī)模電力轉(zhuǎn)換方面的早期商業(yè)化，并將有助于實現(xiàn)碳中和。東芝的目標是在2023年或之后實現(xiàn)商業(yè)化。

　　120多個國家和地區(qū)制定了到2050年實現(xiàn)碳中和的目標，國家、地區(qū)和企業(yè)層面正在考慮采取脫碳措施。可再生能源對于實現(xiàn)目標和減少二氧化碳排放至關(guān)重要，但它們的產(chǎn)量會隨著氣候和天氣條件的變化而波動很大，而且設(shè)施只能位于合適的地區(qū)。為了最大限度地發(fā)揮它們的潛力，并確保穩(wěn)定和負擔(dān)得起的電力供應(yīng)，需要一種存儲和運輸可再生能源電力的方法。

　　P2G被視為到2050年實現(xiàn)碳中和的基本解決方案。它使用電解將可再生能源中的電力轉(zhuǎn)化為氫氣，以備儲存和運輸。該過程的關(guān)鍵技術(shù)是將能量轉(zhuǎn)化為氫氣而不排放二氧化碳的水電解器。PEM水電解具有出色的功率波動適應(yīng)性和高耐久性，歐美在開發(fā)當(dāng)前工藝方面處于領(lǐng)先地位。

　　PEM 使用集成了電解質(zhì)膜和電極的膜電極組件 (MEA)。電力的大規(guī)模氫轉(zhuǎn)換需要大量的多邊環(huán)境協(xié)定膜電極，預(yù)計到2028年市場規(guī)模約為5.8億美元。

　　然而，MEA電極依賴大量的銥來確保足夠的電解效率。銥是最稀有的貴金屬之一。全球年產(chǎn)量在7至10噸左右，遠低于200噸的鉑金，而且成本高出4至5倍。形成電極需要均勻涂覆精細的氧化銥顆粒，但減少氧化銥會導(dǎo)致應(yīng)用不均勻和反應(yīng)不均勻，從而降低水電解性能。

　　東芝的多層催化劑使用一種新的濺射技術(shù)來沉積氧化銥納米片薄膜和空隙層的交替層。在濺射中，離子(如氬氣)在真空中轟擊沉積材料(靶材)，并將噴射的粒子沉積在基板上(圖 2)。在東芝的工藝中，銥是靶材，當(dāng)靶材沉積在基板上時，通過注入氧氣形成一層氧化銥薄膜。厚度控制在納米級，以較少的銥實現(xiàn)均勻氧化銥層的沉積。

　　在催化劑層中使用東芝的層壓納米片結(jié)構(gòu)成功地將所需的銥減少到1/10，同時保持水電解性能。它還顯著擴大了沉積表面積。由于濺射是在真空中進行的，因此難以在大面積上進行沉積。然而，通過修改包括銥在內(nèi)的多種金屬靶材的沉積分布比例和氧氣輸入水平，東芝成功開發(fā)了一種大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)可實現(xiàn)催化劑一次在高達 5 平方米的面積上沉積。

　　東芝與東芝能源系統(tǒng)與解決方案公司合作，基于所開發(fā)的技術(shù)制造了帶有電極的 MEA 原型，并已開始與一家水電解槽制造商進行評估測試。展望未來，公司將提高產(chǎn)量和質(zhì)量以實現(xiàn) MEA 的量產(chǎn)，目標是在 2023年或之后實現(xiàn)商業(yè)化。