近日，上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院燃料電池研究所章俊良課題組在國際能源環(huán)境領(lǐng)域期刊Energy & Environmental Science（IF=39.714）上發(fā)表研究論文“Membrane electrode assembly design for lithium-mediated electrochemical nitrogen reduction”，展示了一種面向鋰介導(dǎo)氮還原反應(yīng)的膜電極設(shè)計，論文第一作者是燃料電池研究所博士生蔡熙陽，通訊作者是章俊良教授和沈水云副教授。
面向鋰介導(dǎo)氮還原反應(yīng)的膜電極設(shè)計及關(guān)鍵性能展示
氨作為一種重要的化工原料，與人類的生產(chǎn)生活關(guān)系密切相關(guān)。目前，工業(yè)上主要采用哈伯反應(yīng)合成氨，但面臨高能耗、高二氧化碳排放等問題。電化學(xué)框架下的鋰介導(dǎo)氮氣還原反應(yīng)以電能為驅(qū)動力，使固氮反應(yīng)得以在常溫常壓下發(fā)生，被認(rèn)為是一種極具潛力的合成氨替代技術(shù)。然而，鋰介導(dǎo)氮還原反應(yīng)在邁向產(chǎn)業(yè)化前，依舊需要解決體系中氮氣傳質(zhì)受限、電解池槽壓過高等技術(shù)瓶頸。
針對上述問題，論文率先提出了一種基于聚合物電解質(zhì)薄膜的膜電極結(jié)構(gòu)，并將其成功應(yīng)用于鋰介導(dǎo)氮氣還原反應(yīng)。該膜電極以沉積鋰的不銹鋼作陰極，鋰鹽摻雜的聚氧化乙烯膜作電解質(zhì)，載有鉑碳顆粒的碳紙作陽極，經(jīng)過壓合形成“三合一”結(jié)構(gòu)，并可與常規(guī)氣體擴(kuò)散電解池聯(lián)用，顯著提升氮氣傳質(zhì)效率。由于膜電極的厚度僅為0.4 mm，其在提升裝置緊湊性的同時顯著降低了歐姆阻抗，并在5 mA cm-2的電流密度下，實現(xiàn)約0.25 V 低極化損失，顯著優(yōu)于已有文獻(xiàn)的報道結(jié)果。該工作拓展了鋰介導(dǎo)氮還原反應(yīng)的研究思路，對下一代體系開發(fā)和電極/電解池設(shè)計具有指導(dǎo)作用。
論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d3ee00026e
上海交大
機(jī)械動力學(xué)院
上海交大
機(jī)動本科教務(wù)辦
SJTU機(jī)動研教辦
上海交大
機(jī)動校友辦
上海交大MEM
SJTUME基礎(chǔ)實驗與創(chuàng)新實踐
SJTUME錘錘
上海交大
機(jī)動研究生會
ME微紅旗
ME礪遠(yuǎn)學(xué)術(shù)
SJTUME職業(yè)發(fā)展中心
學(xué)院OA系統(tǒng)
jAccount登錄
ENGLISH
地址：上海市東川路800號上海交通大學(xué)閔行校區(qū)機(jī)械與動力工程學(xué)院
郵編：200240
Email：sjtume@sjtu.edu.cn