使用全新生产技术 东芝在绿色制氢方面实现电到气高效率转换

　　近日，中国客车网从相关渠道获悉，东芝公司已开发出大规模的电极生产技术，该技术可实现电到气 (P2G) 技术的高效率转换，这是迈向碳中和社会必不可少的专有技术，同时减少使用铱，世界上最稀有的贵金属之一。

　　P2G 利用水的电解将可再生能源转化为氢气，用于储存和运输到需要的地方。聚合物电解质膜 (PEM) 电解被视为一种非常有前途的转换方法，因为它对功率波动反应迅速并且非常耐用。然而，PEM 使用铱(所有交易贵金属中最稀有的一种)作为其电极中的催化剂。实际应用需要减少使用铱，这是一个真正的挑战。

　　东芝开发了一种氧化铱纳米片层压催化剂，在2017年将铱的需求量降低到了1/10。该公司现在已经开发出大规模生产技术，可以一次将催化剂沉积在最大 5 m2的面积上。这一进展有望推动P2G在大规模电力转换方面的早期商业化，并将有助于实现碳中和。东芝的目标是在2023年或之后实现商业化。

　　120多个国家和地区制定了到2050年实现碳中和的目标，国家、地区和企业层面正在考虑采取脱碳措施。可再生能源对于实现目标和减少二氧化碳排放至关重要，但它们的产量会随着气候和天气条件的变化而波动很大，而且设施只能位于合适的地区。为了最大限度地发挥它们的潜力，并确保稳定和负担得起的电力供应，需要一种存储和运输可再生能源电力的方法。

　　P2G被视为到2050年实现碳中和的基本解决方案。它使用电解将可再生能源中的电力转化为氢气，以备储存和运输。该过程的关键技术是将能量转化为氢气而不排放二氧化碳的水电解器。PEM水电解具有出色的功率波动适应性和高耐久性，欧美在开发当前工艺方面处于领先地位。

　　PEM 使用集成了电解质膜和电极的膜电极组件 (MEA)。电力的大规模氢转换需要大量的多边环境协定膜电极，预计到2028年市场规模约为5.8亿美元。

　　然而，MEA电极依赖大量的铱来确保足够的电解效率。铱是最稀有的贵金属之一。全球年产量在7至10吨左右，远低于200吨的铂金，而且成本高出4至5倍。形成电极需要均匀涂覆精细的氧化铱颗粒，但减少氧化铱会导致应用不均匀和反应不均匀，从而降低水电解性能。

　　东芝的多层催化剂使用一种新的溅射技术来沉积氧化铱纳米片薄膜和空隙层的交替层。在溅射中，离子(如氩气)在真空中轰击沉积材料(靶材)，并将喷射的粒子沉积在基板上(图 2)。在东芝的工艺中，铱是靶材，当靶材沉积在基板上时，通过注入氧气形成一层氧化铱薄膜。厚度控制在纳米级，以较少的铱实现均匀氧化铱层的沉积。

　　在催化剂层中使用东芝的层压纳米片结构成功地将所需的铱减少到1/10，同时保持水电解性能。它还显着扩大了沉积表面积。由于溅射是在真空中进行的，因此难以在大面积上进行沉积。然而，通过修改包括铱在内的多种金属靶材的沉积分布比例和氧气输入水平，东芝成功开发了一种大规模生产技术，该技术可实现催化剂一次在高达 5 平方米的面积上沉积。

　　东芝与东芝能源系统与解决方案公司合作，基于所开发的技术制造了带有电极的 MEA 原型，并已开始与一家水电解槽制造商进行评估测试。展望未来，公司将提高产量和质量以实现 MEA 的量产，目标是在 2023年或之后实现商业化。