利用可再生能源電力（綠電）進(jìn)行海水電解為生產(chǎn)綠色氫氣（綠氫）提供了一種頗具吸引力的策略。然而，直接利用海水進(jìn)行電解面臨諸多挑戰(zhàn)，主要源于海水中大量存在的鹵素離子（例如 Cl-、Br-）在陽(yáng)極引發(fā)的腐蝕和競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。
以往關(guān)于海水電解的研究主要集中在陽(yáng)極的開發(fā)上，因?yàn)殛帢O在還原電位下工作，在海水電解過程中不會(huì)發(fā)生電極溶解或氯化物腐蝕反應(yīng)。然而，可再生能源具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性，如果利用可再生能源電力來(lái)驅(qū)動(dòng)海水電解，會(huì)導(dǎo)致頻繁的啟停操作。
2025年3月6日，北京化工大學(xué)化工資源有效利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫曉明教授、周道金副教授及香港城市大學(xué)劉彬教授團(tuán)隊(duì)合作（北京化工大學(xué)2022級(jí)碩士生沙琪昊及已畢業(yè)博士生王士元為論文共同第一作者）， 在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：10,000-h-stable intermittent alkaline seawater electrolysis 的研究論文。
該研究揭示了耦合波動(dòng)性可再生能源的電解（海）水過程中制氫陰極存在的氧化與腐蝕等問題，并基于此提出了原位構(gòu)建多層鈍化結(jié)構(gòu)以抵抗停車工況下陰極的氧滲透，為解決堿性電解槽和陰離子交換膜電解槽耦合波動(dòng)性能源的瓶頸難題提供了新方案。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了間歇電解過程中海水析氫陰極的動(dòng)態(tài)演變和退化情況，并據(jù)此提出構(gòu)建催化劑鈍化層以維持其在運(yùn)行過程中的析氫性能。在 NiCoP-Cr2O3 正極表面原位形成的磷酸鹽鈍化層能夠有效保護(hù)金屬活性位點(diǎn)在頻繁放電過程中免受氧化，并在停車工況下排斥鹵素離子在正極上的吸附。
研究團(tuán)隊(duì)證明，采用這種設(shè)計(jì)策略優(yōu)化的電極在堿性海水中以 0.5 A/cm2 的工業(yè)電流密度波動(dòng)運(yùn)行 10000 小時(shí)后，電壓僅以 0.5% /khr 的速率上升。在超大電流（10 A/cm2）條件下間歇工作，仍保持了較好的穩(wěn)定性（1.8% /kh，運(yùn)行 700小時(shí)）。
總的來(lái)說，這項(xiàng)研究提出了新的鈍化機(jī)理和材料設(shè)計(jì)策略，為解決析氫電催化劑在波動(dòng)電解過程中的性能衰減問題提供了新思路，為促進(jìn)可再生電力驅(qū)動(dòng)的海水電解技術(shù)的工業(yè)化提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08610-1
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