韩国科学技术院（KAIST）的研究人员创造了一种创新的氢气生产系统，旨在解决绿色氢气生成中的现有挑战。该系统利用带有水溶性电解质的水分解机制，旨在最小化火灾风险并确保氢气的稳定生产。
10月22日，韩国科学技术院在校长李光亨的带领下宣布，由材料科学与工程系的姜争库教授指导的团队推出了一种自我维持的氢气生产系统，利用高效率的锌空气电池*。
*锌空气电池：一种从空气中吸取氧气作为氧化剂的初级电池。尽管它具有较长的使用寿命，但其较低的电动势是一个缺点。
氢气（H2）是生产高价值材料的重要成分，并正逐渐成为一种清洁能源，其能量密度（142 MJ/kg）是传统化石燃料（如汽油和柴油）能量密度的三倍以上。然而，传统氢气生产技术因二氧化碳（CO2）排放而对环境造成压力。
虽然绿色氢气可以通过使用太阳能和风能等可再生能源进行水分解生成，但这些能源的 inconsistent nature 受天气和温度变化的影响，导致水分解效率低下。
为了解决这一挑战，能够产生足够电压（超过1.23V）进行水分解的空气电池受到关注。然而，实现所需的容量通常需要昂贵的贵金属催化剂，并且这些催化剂在长时间充放电过程中效率显著降低。因此，必须创建有效促进水分解反应（氧气和氢气生成）的催化剂，并寻找能够在锌空气电池电极中保持反复充放电循环（氧气还原和生成）的材料。
为解决这一问题，姜教授的研究团队设计了一种合成非贵金属催化剂材料（G-SHELL）的方法，通过在氧化石墨烯上培育纳米级金属有机框架，使其在三种不同催化过程中（氧气产生、氢气产生和氧气还原）均有效。
该团队将这种新开发的催化剂整合到锌空气电池的空气阴极中，展示出其能量密度约为传统电池的五倍（797Wh/kg）、强大的功率能力（275.8mW/cm²），并在重复充放电过程中保持长期稳定。
此外，该锌空气电池利用水溶性电解质工作，避免了火灾风险。预计该系统将作为与水电解系统相连的下一代能源存储解决方案，为氢气生产提供环保的方法。
姜教授表示：“通过创造一种在低温下展现高活性和耐久性的催化剂材料，采用简单的方法，我们实现了一种利用锌空气电池的自给氢气生产系统，这在克服绿色氢气生产面临的限制方面迈出了重要一步。”
博士候选人金东焕和材料科学与工程系的硕士生金志勋是这项研究的共同第一作者，该研究于9月17日发表在国际期刊《先进科学》中，属于多学科材料科学领域。
本研究得到了科学技术信息通信部的纳米和材料技术发展项目及韩国国家研究基金会的未来技术研究实验室的支持。
