什么是电化学，为何它对绿色能源的未来如此重要？——华尔街日报
Ed Ballard
萨迪娅·卡比尔仍记得初次接触电化学这门学科时的情景——这个科学分支揭示了化学反应如何产生电力，以及电力又如何激发化学反应。她完全被迷住了。“这对我来说简直不可思议，“她说。
高中时的痴迷最终成为了职业追求。如今，获得纳米材料电化学特性博士学位的卡比尔博士就职于初创企业Twelve，该公司正通过电化学工艺将捕获的二氧化碳转化为大宗化学品。
得益于绿色科技投资的蓬勃发展，电化学正成为日益炙手可热的领域。它不仅是改进电池技术的关键，还可能支撑不依赖化石燃料的工业流程，并助力解决能源转型中的其他挑战。
电化学系统已有数百年历史。但电化学家表示，该领域长期被视为冷门学科。传统化学教育主要培养适应化石燃料经济的人才，而生物化学等领域往往被认为更具吸引力。
如今，在材料科学进步的推动下，这种情况正在改变。电化学从业者表示，该领域正弥漫着互联网诞生初期的氛围——投资者更加关注，高校与产业界建立更紧密联系。初创企业纷纷挂出"高薪招聘电化学家"的告示。
“政府、高校和企业都表现出浓厚兴趣，“卡比尔女士说道。
伦敦大学学院电化学工程教授丹·布雷特表示，世界正在进入"电化学能源时代”。
以下是电化学将在绿色能源未来中发挥作用的几种方式。
电池
一个大幅减少化石燃料使用的经济体将需要大量电池来储存间歇性的风能和太阳能，以备需要时使用，并为电动汽车提供动力。电化学是开发更好电池以应对这一需求的核心，因为电池储存化学能，并通过化学反应将其转化为电能，这些反应会产生电子从一种材料流向另一种材料的流动。
“电化学是能源转型的关键，因为它是储能的基础原理，“早期清洁技术投资公司At One Ventures的合伙人劳里·梅努德说。“如果储能像现在这样昂贵且低效，转型要么会很慢，要么根本不会发生。”
电池制造商正在竞相研究如何以更低的成本制造电池，以及如何制造寿命更长、充电更快的电池。这涉及测试不同化学催化剂材料的各种组合。
许多电池制造商专注于改进已经用于个人电子产品、电动汽车和电网的锂离子电池。其他公司正在研究铁等比锂更丰富、更便宜的材料，以制造可以储存能量更长时间的电池。
对更优质电池的探索包括：确定单个电化学电池阳极和阴极中使用的最佳导电材料，选择促进反应的合适化学催化剂，以及如何通过组合多个电池构建高效系统。这一过程同样支撑着电化学系统的其他创新，这些系统针对不同应用采用不同的材料组合。
氢能
该领域的进步对于推动氢能成为广泛使用的绿色燃料至关重要。
目前氢能主要应用于石油精炼和制氨（多种化肥的原料），但正被广泛推广作为工业流程中的低碳燃料。
传统制氢方式是通过高污染工艺加热天然气（氢的天然存在形式之一）。但也可采用零排放方式：利用名为电解槽的设备，使可再生能源电力通过水，将水分解为氧气和氢气。
与电池类似，电解槽并非新发明。但其成本尚未像锂离子电池那样受益于多年大规模生产。随着工业企业和清洁技术投资者将绿色氢能视为工业脱碳途径，对能提升电解槽效率的电化学专家的争夺日趋激烈。
电解槽制造商Nel Hydrogen研发副总裁凯西·艾尔斯表示：“近期参加的每个会议上，几乎每位演讲者都会说’我们正在招聘！’。当前这些技术领域对科学家和工程师的招聘确实出现了爆发式增长。”
作为一种燃料，氢能可以成为石油、天然气或煤炭的无污染替代品。它还可用于发电。
通过类似电解的逆反应过程，氢燃料电池使氢与氧结合产生电能，并副产水。亚马逊是押注这种电池替代方案的企业之一。该公司去年表示，计划到2025年在100个物流中心部署2万辆氢燃料电池驱动的叉车。
萨迪娅·卡比尔在高中时就对电化学着迷，现在她为初创公司Twelve工作，该公司采用电化学工艺将捕获的二氧化碳转化为大宗化学品。图片来源：《华尔街日报》的杰森·亨利### 化学品
除水之外的其他化合物也可以通过电解分解成其组成成分。这带来了新的可能性。
Twelve公司正在利用电解将二氧化碳分解为氧气和一氧化碳，后者作为大宗化学品是塑料、涂料、燃料等产品的基础原料。
该公司去年筹集了1.3亿美元风险投资以实现其技术商业化。这一步骤取决于该公司能否优化其化学工艺并扩大系统规模，从而将大量二氧化碳转化为产品。
碳捕集
要实现商业规模的二氧化碳转化，需要捕获大量二氧化碳——这带来了一个问题。目前的碳捕集方法效率太低，无法大规模部署。电化学在这方面也能发挥作用。
碳捕集设备通常的工作原理是让环境空气或发电厂、工厂排放的废气与一种能选择性吸附二氧化碳分子的化学物质接触。该过程效率较低，因为需要消耗大量能量（通常以热能形式）来释放分离出的二氧化碳，以便其能被利用或封存。
由麻省理工学院化学工程师创立的初创公司Verdox声称，他们开发出了一种效率高得多的方法。
在Verdox的系统中，空气或废气通过电化学电池。当施加特定电压时，电池中的电极被激活并与二氧化碳结合，而其他气体则逸出。当施加另一种电压时，系统会释放二氧化碳以供使用或封存。
巴拉德先生是《华尔街日报》驻伦敦记者，同时担任WSJ气候与能源通讯编辑。联系方式：[email protected]。