綠氫大規(guī)模商業(yè)化指日可待！

3月5日，北京化工大學(xué)孫曉明教授、周道金研究員團(tuán)隊在國際頂級期刊《自然》（Nature）發(fā)表題為《10000小時穩(wěn)定的間歇性堿性海水電解》的突破性研究，成功破解海水電解制氫領(lǐng)域困擾國際學(xué)界十余年的技術(shù)瓶頸，為綠氫大規(guī)模商業(yè)化掃清障礙。

三重創(chuàng)新機(jī)制，破解海水電解兩大“殺手”

海水電解可直接利用豐富的海洋資源，避免了淡水制氫的局限性（每噸氫需消耗9噸淡水），但長期受困于氯離子腐蝕和間歇性電源引發(fā)的電極氧化兩大難題。

海水中Cl濃度高達(dá)0.5 M，電解過程產(chǎn)生的次氯酸鹽會嚴(yán)重腐蝕電極材料；而風(fēng)光電的波動性供電更導(dǎo)致陰極電位反轉(zhuǎn)，加速材料氧化失活。過往研究多聚焦陽極材料改性（如釕銥涂層），但陰極在停機(jī)時的“靜默腐蝕”始終無解。

孫曉明團(tuán)隊合成了基于金屬磷化物納米陣列并覆蓋氧化層的NiCoP-Cr2O3催化析氫電極，NiCoP-CrO催化劑通過以下三重創(chuàng)新實現(xiàn)突破：

智能鈍化層：停機(jī)時，磷酸鹽（PO³）與鉻氧化物形成致密保護(hù)層，隔絕氯離子與氧氣；重啟時鈍化層可逆還原，暴露高活性鎳鈷磷核心，TOF-SIMS證實其動態(tài)自修復(fù)特性。

靜電排斥護(hù)盾：磷酸鹽層表面帶負(fù)電，與Cl同性相斥，理論計算顯示Cl在鈍化層的吸附能達(dá)+1.2 eV（未保護(hù)鎳表面為-0.8 eV），物理阻斷腐蝕通道。

元素協(xié)同犧牲：球差電鏡顯示，停機(jī)時鈷（Co）優(yōu)先氧化為CoO，保護(hù)鎳（Ni）維持零價態(tài)活性，類似“鋅犧牲陽極”但效率更高。

成本性能“雙殺”，加速商業(yè)化

在模擬風(fēng)光電波動的嚴(yán)苛測試中，NiCoP-CrO催化劑展現(xiàn)出顛覆性性能。

萬小時級穩(wěn)定性：0.5 A/cm²電流密度下連續(xù)運(yùn)行14個月，電壓衰減率僅0.5%/千小時，遠(yuǎn)超IEA商用電解槽8萬小時壽命標(biāo)準(zhǔn)。

極端工況驗證：每10分鐘啟停一次的“魔鬼測試”中，4500次循環(huán)后性能零衰減，較傳統(tǒng)NiCo-LDH催化劑壽命延長超5倍。

工業(yè)級電流突破：在含20% NaOH的海水電解液中實現(xiàn)10 A/cm²超強(qiáng)電流，700小時運(yùn)行后催化劑結(jié)構(gòu)完整，為千兆瓦級制氫工廠奠定基礎(chǔ)。

孫曉明團(tuán)隊的技術(shù)通過延長電解槽維護(hù)周期（從“月”至“年”）和降低能耗，顯著推動綠氫平準(zhǔn)化成本（LCOH）向灰氫靠攏。若結(jié)合非貴金屬陽極（如NiFe-LDH），材料成本可再降30%。國際能源署預(yù)測，隨著技術(shù)進(jìn)步，2030年綠氫成本有望降至20元/kg，2050年進(jìn)一步降至10元/kg。

目前，該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃（2022YFA1504000）支持，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程全面提速。

中國將氫能納入“十四五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，計劃2030年綠氫占比超50%。隨著沿海地區(qū)“海上風(fēng)電+電解工廠”模式鋪開，綠氫有望成為能源轉(zhuǎn)型的核心載體，助力全球碳中和目標(biāo)。海水制氫的這一突破不僅是科學(xué)上的“從0到1”，更將重塑未來能源格局。

       原文標(biāo)題 : 《Nature》：海水制氫技術(shù)是怎樣煉成的？