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最近，又看到一些关于H2Pro这家企业以及E-TAC（电化学-热活化化学）水分解法制氢的一些信息，今天就针对这家企业以及该技术路线做一些简单分析。
一、关于H2Pro这家企业
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在2019年1月份，由马尔科（Talmon Marco）以色列理工学院的三位氢能领域专家（分别为：Hen Dotan博士、Gideon Grader教授和Avner Rothschild教授）共同创办。（这位马克也快被媒体神化成马斯克一样了......）
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该公司主要是基于E-TAC技术进行制氢设备开发。该技术是以色列理工大学通过电化学—热活化水分解技术可以解耦此过程，并以98.7%的能量效率显著提升氢气的生产效率。该文章已发表在2019年9月的Nature Energy。
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目前该公司已经获得韩国现代、比尔盖茨名下Breakthrough Energy Ventures，李嘉诚名下维港投资等等知名机构的投资。
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企业目标，基于E-TAC技术的高电解效率来实现低成本的绿氢。
二、E-TAC技术的说明
1.关于E-TAC基本介绍
通过将电解水过程分为两个步骤来解耦这些反应:一个是电化学步骤，在阴极还原水并氧化阳极；然后是一个自发的化学步骤，在更高的温度下加快速度，通过氧化水将阳极还原到初始状态。这使得在无膜双电极电池中，在平均电池电压为1.44–1.60 V、标称电流密度为10–200 mA/cm2的情况下，整体水分裂成为可能。这使我们能够在低电压下以简单、循环的过程生产氢气，具有高效率、稳健性、安全性和规模化放大潜力。（貌似电流密度不高）
E-TAC是一种解耦水分解的方法，克服了实现电解水制氢的能量转换效率的重大障碍。在此过程中，在实现的方案中提供了更多的自由度，使工艺参数的优化超过了传统的电解槽。
E-TAC通过将水的氧化反应分为两个步骤来实现:一个是电化学步骤，氧化阳极；然后是一个自发的化学步骤，通过氧化水将阳极还原到初始状态：
我们开发的工艺如图1所示，它比较了传统碱水电解(下图a)和我E-TAC提出的工艺(下图b)。氢气形成反应(在水分解的情况下析出氢)在这个方案中是不变的，因为它发生在阴极，而E-TAC只修改了在阳极的水氧化反应。因此，在第一个过程中，水在阴极被还原为氢气，释放出OH-离子。四电子析氧反应(OER)发生在常规电解的阳极(如下图a)，但在E-TAC中被分为两个连续的步骤，包括四个单电子的氢氧化镍(Ni(OH)2)阳极氧化反应步骤1，然后就是自发的析氧和阳极再生在热活化的化学步骤，如下图b所示(参见补充注释1和补充图1了解更多细节)。
因此，在E-TAC的两步电化学-热激活化学(E-TAC)循环中，当氧化阳极(现在是氧化氢氧化镍(NiO(OH)))在自发的、释放能的化学反应中还原为Ni(OH)2时，O−O键在第二步中形成，产生氧气并再生阳极，完成整体的水分解反应。类似于自然系统中的氧演化复合物，该方案使用四个金属中心来存储氧化等价物，这有助于平衡基本氧化反应的电位，从而降低整体反应的过电位。与之前在此新兴领域的其他研究工作相比，E-TAC的方法实现了解耦水分解，提高了效率和通用性，如下图所示。
碱水电解及E-tAC水裂解工艺示意图说明：
a，在碱性水电解中，通常发生在高温下(50-80°C), OER和HER在时间和空间上是耦合的，因为它们同时发生在阳极和阴极，它们一起放置在同一个电池中。隔膜或阴离子交换膜将阳极和阴极分隔开，防止O2/H2交叉。
b、E-TAC拆分水分为两个连续步骤进行：
Step1：电化学步骤(左)通过常规的HER在阴极还原水，释放氢氧根离子(OH -)，将氢氧化镍(Ni(OH)2)阳极氧化成氧化氢氧化镍(NiO(OH))。
Step2：热化学步骤(右)，即NiO(OH)阳极与水反应自发产生氧气。
备注：第一反应(电化学)发生在环境温度(~25°C)，而第二反应(化学)在升高的温度(~95°C)进行，以获得最佳的反应速率；第一反应和第二反应之和为整体的水分解反应，2H2O→2H2 + O2。
3.电极设计
简而言之，E-TAC水分解工艺用两步循环取代了传统的碱法电解水氧化反应，即阳极首先带电(电化学)，然后再生(热化学)。第一步的析氢反应(HER)与传统碱性电解过程相同，不同的是它发生在环境温度（25°C）而不是高温(通常为50-80°C)。因此，在传统碱法电解中使用的阴极材料，如Raney镍（雷尼镍））或其他HER催化剂，都可以在E-TAC的工艺中使用。在前期的E-TAC项目验证中使用镀镍不锈钢网状阴极作为标准基准的HER阴极进行的概念验证实验。
在E-TAC的工艺中，阳极的功能与传统的碱性电解完全不同，需要仔细材料选择和优化。阳极的关键选择标准包括：在碱性溶液中的稳定性；金属氢氧化物和氢氧化物系的循环性；氧化还原电位高于可逆OER电位(1.23 VRHE)低于氧在阳极材料上的演化电位；高容量；充电速度快，再生速度快。这些考虑都指向了Ni(OH)2/ NiO(OH)阳极，由于其可循环性和高能量密度，它们通常用于碱性二次电池。Ni(OH)2按以下反应可逆地氧化为NiOOH : Ni(OH)2 + OH -↔NiO(OH)+ H2O + e-。
虽然Ni(OH)2/NiO(OH)标准氧化还原电位比可逆OER电位高190 mV，但其过大的过电位在动力学上抑制了OER。这使得碱性电池在不过度充电的情况下，可以运行数千次，而不会产生寄生氧进化，从而导致膨胀和故障。为了抑制过度充电时可能发生的寄生氧析出，使用了催化Ni(OH)2/NiO(OH)反应并抑制氧析出的添加剂，最常用的添加剂之一是钴。钴提高了阳极的电子和质子电导率，并使Ni(OH)2/NiO(OH)氧化还原电位发生阴极偏移，扩大了充电和过充电之间的电位窗口。因此，与未掺杂钴的Ni(OH)2相比，Ni1-xCox(OH)2阳极可以以较低的电位带电，从而达到较高的荷电状态(SOC)，而不需要氧的析出。
与应避免产生氧气的电池阳极不同，该工艺的阳极必须在E-TAC循环的第二步中产生氧气。此外，在产氢(第一步)过程中，抑制伴随氧析出的自发再生反应是必要的。因此，E-TAC设计的阳极和操作条件是为了在第一步抑制氧的析出，在第二步促进氧的生成。该实验验证使用以Ni0.9Co0.1(OH)2为阳极，采用电化学浸渍(ECI)法制备在泡沫镍基底上。ECI电极比烧结或粘贴电极具有更高的表面积，因此可以在较低的过电位下保持较高的电流密度。此外，与粘贴的电极相比，ECI电极的再生率要高得多。在泡沫镍基体上覆盖了一层约9 μm厚的β-氢氧化镍层。通过能量色散光谱测定涂层成分，得到Ni:Co的比例为6.7:1.0(其中x≅0.1;即Ni0.9Co0.1(OH)2)。
原文始发于微信公众号（氢眼所见）：关于H2Pro这家电解水企业以及E-TAC技术路线的介绍（第一篇）
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