天然气杂质对电化学氢压缩的影响及缓解策略研究

这篇综述系统比较了低温（70°C）与高温（120-160°C）电化学氢压缩机（EHC）对天然气中CO2、CO、H2S和NH3杂质的耐受性差异，揭示了高温EHC通过电氧化和温度调控实现高效抗中毒的机制，为氢能-天然气混合输运（H2/CH4）提供了关键技术支撑。

　　

Highlight

本研究通过计时电位法（chronopotentiometry）、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS），首次揭示了低温（Nafion-EHC）与高温（Celtec-EHC）电化学氢压缩机在天然气杂质环境下的性能差异。当处理含CO₂、CO或H₂S的混合气时，低温EHC的电池电位飙升200%，而高温EHC仅增加6%，展现出显著抗中毒优势。

Material and methods

实验采用30%过氧化氢（Sigma-Aldrich）和2.5 mol/L硫酸（VWR）预处理MEA。气体混合物包括8% CO₂/H₂（Westfalen AG）、8 ppm H₂S/H₂（Air Products）等，所有测试均在严格控湿条件下进行。

Benchmark characterization

图4(a)显示Nafion-EHC在70°C时电流密度随温度升高而增加，高频电阻（HFR）降低；而Celtec-EHC在无水条件下仍保持稳定极化性能，印证了高温体系对杂质扩散的抑制作用。

Conclusion

高温EHC在160°C或电氧化条件下可完全消除H₂S引起的电位振荡，其耐受阈值比低温体系高2个数量级。该成果为天然气掺氢（H₂ blending）场景下的长期稳定运行提供了关键参数。