我国学者在波动性可再生能源海水电解方面取得进展

　　

图 （A）海水电解在频繁启停循环工况下阴极的腐蚀示意图；（B，C）阴极在停车工况下氧化电位的定量分析；（D，E）阴极启停后微观结构及（F）在启停工况下海水电解制氢的稳定性能

　　在国家自然科学基金项目（批准号：21935001）等资助下，北京化工大学孙晓明教授团队与香港城市大学刘彬教授合作，在波动性可再生能源海水电解制氢方面取得重要进展。研究成果以“10,000小时稳定的间歇碱性海水电解（10,000-h-stable intermittent alkaline seawater electrolysis）”为题，发表在《自然》（Nature）杂志上，文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08610-1。

　　海水电解制氢技术是可再生能源电力消纳的重要途径之一，对推动我国清洁能源转型、助力碳中和发展目标具有重要意义。然而，可再生能源的间歇性、波动性和随机性，导致电解系统频繁启停，对催化剂的设计和开发提出了严峻的挑战。通过模拟频繁启停工况，研究团队发现阴极在停车工况下存在放电电流，导致催化剂被过度氧化腐蚀，同时海水中卤素离子（Cl-，Br-）会加剧这一现象（图A，B和C）。

　　针对该难题，上述团队提出原位多层钝化保护机制来抵御停车工况下阴极的腐蚀，设计的磷化钴镍-三氧化二铬（NiCoP-Cr2O3）催化析氢阴极能够在启动工况下维持NiCoP晶相，在停车工况下原位形成磷酸盐的钝化层，从而阻止活性组分Ni的氧化腐蚀和卤素离子的吸附，提高催化剂在电源波动工况下的稳定性（图D和E）。研究发现，由于Co和P先于Ni被氧化，且P与O可实现四配位的强结合，因此形成致密钝化层稳定Ni金属活性中心。最终，在模拟工业条件（0.5 A cm-2电流密度、频繁启停）下，该催化剂于碱性海水中稳定电解制氢10,000小时，电压增长率仅为每千小时0.5%，显示出良好的实际应用潜力（图F）。该成果为促进波动性可再生能源海水电解技术的工业化提供了关键技术支持。