MIT分析多孔電極上的氣泡形成過程 提高水分解制氫效率

蓋世汽車訊利用電將水分解成氫氣和氧氣是生產清潔氫燃料的有效方法。隨著水分解技術的發展，多孔電極材料通常用于為電化學反應提供更大的表面積。但是，在反應過程中，氣泡可能會堵塞反應表面，從而限制生產效率。

(來源:麻省理工學院)

據國外媒體報道，麻省理工學院(MIT)首次分析并量化了多孔電極上的氣泡生成過程。研究人員發現，在電極表面有三種不同的方式形成和釋放氣泡。通過調整電極成分和表面處理方法，可以精確控制。

因為氣體是在液體介質中連續反應產生的，所以會形成氣泡并暫時堵塞活性電極的表面。巖田說:“控制泡沫是實現高系統性能的關鍵。”然而，在過去，對用于這種系統的多孔電極的研究很少。研究小組確定了三種不同的氣泡形成和釋放方式。其中一種叫做內部生成和釋放，氣泡相對于電極孔徑非常小。在這種情況下，氣泡可以自由漂移，保持表面相對清潔，從而促進反應過程。另一方面，氣泡大于孔徑，并且經常被卡住和堵塞，從而顯著抑制反應。第三種中間方式稱為毛細過程。氣泡大小適中，會被部分堵塞，但仍可通過毛細作用滲出。

研究小組發現，多孔表面的潤濕性是決定出現哪種狀態的關鍵變量。這個變量決定了水是均勻分布在表面還是形成水滴。可以通過調整表面涂層來控制。該團隊使用了一種叫做聚四氟乙烯(PTFE)的聚合物。電極表面濺射的PTFE越多，表面越疏水，不易被較大氣泡堵塞。

通過微調表面涂層覆蓋率，可以略微改變潤濕性，但可以極大地改變系統性能。研究人員表示，通過這一發現，“我們增加了一個新的設計參數，即氣泡釋放直徑(氣泡從表面分離前的大小)與孔徑的比值。這是衡量多孔電極有效性的新指標。”

研究人員表示，可以通過制作多孔電極來控制孔徑，通過添加涂層來精確控制潤濕性。“通過控制這兩種效應，我們可以精確控制未來的設計參數，以確保多孔介質在最佳條件下運行。”這將為材料設計者提供一組參數，以幫助選擇化合物、制造方法和表面處理或涂層，從而為特定應用提供最佳性能。

該團隊表示，這項研究的重點是水的分解過程，但相關結果可以用于幾乎所有氣體析出的電化學反應，包括用于電化學轉化以捕獲二氧化碳的反應，如電廠排放的二氧化碳。

麻省理工學院機械工程副教授加蘭說:“真正令人興奮的是，隨著水分解技術的不斷發展，該領域的重點已經從催化劑材料設計擴展到質量運輸管理，這項技術有望實現規模化。”蓋世汽車訊利用電將水分解成氫氣和氧氣是生產清潔氫燃料的有效方法。隨著水分解技術的發展，多孔電極材料通常用于為電化學反應提供更大的表面積。但是，在反應過程中，氣泡可能會堵塞反應表面，從而限制生產效率。

(來源:麻省理工學院)

據國外媒體報道，麻省理工學院(MIT)首次分析并量化了多孔電極上的氣泡生成過程。研究人員發現，在電極表面有三種不同的方式形成和釋放氣泡。通過調整電極成分和表面處理方法，可以精確控制。

因為氣體是在液體介質中連續反應產生的，所以會形成氣泡，并且是暫時的……阻塞有源電極的表面。巖田說:“控制泡沫是實現高系統性能的關鍵。”然而，在過去，對用于這種系統的多孔電極的研究很少。研究小組確定了三種不同的氣泡形成和釋放方式。其中一種叫做內部生成和釋放，氣泡相對于電極孔徑非常小。在這種情況下，氣泡可以自由漂移，保持表面相對清潔，從而促進反應過程。另一方面，氣泡大于孔徑，并且經常被卡住和堵塞，從而顯著抑制反應。第三種中間方式稱為毛細過程。氣泡大小適中，會被部分堵塞，但仍可通過毛細作用滲出。

研究小組發現，多孔表面的潤濕性是決定出現哪種狀態的關鍵變量。這個變量決定了水是均勻分布在表面還是形成水滴。可以通過調整表面涂層來控制。該團隊使用了一種叫做聚四氟乙烯(PTFE)的聚合物。電極表面濺射的PTFE越多，表面越疏水，不易被較大氣泡堵塞。

通過微調表面涂層覆蓋率，可以略微改變潤濕性，但可以極大地改變系統性能。研究人員表示，通過這一發現，“我們增加了一個新的設計參數，即氣泡釋放直徑(氣泡從表面分離前的大小)與孔徑的比值。這是衡量多孔電極有效性的新指標。”

研究人員表示，可以通過制作多孔電極來控制孔徑，通過添加涂層來精確控制潤濕性。“通過控制這兩種效應，我們可以精確控制未來的設計參數，以確保多孔介質在最佳條件下運行。”這將為材料設計者提供一組參數，以幫助選擇化合物、制造方法和表面處理或涂層，從而為特定應用提供最佳性能。

該團隊表示，這項研究的重點是水的分解過程，但相關結果可以用于幾乎所有氣體析出的電化學反應，包括用于電化學轉化以捕獲二氧化碳的反應，如電廠排放的二氧化碳。

麻省理工學院機械工程副教授加蘭說:“真正令人興奮的是，隨著水分解技術的不斷發展，該領域的重點已經從催化劑材料設計擴展到質量運輸管理，這項技術有望實現規模化。”

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