深大科研团队发文，破解海水电解制氢难题

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广州日报讯 （全媒体记者王纳）近期关于氢能产业发展的新消息频繁见诸报端，前日，谢和平院士与他指导的深圳大学/四川大学博士团队另辟蹊径，在海水里直接原位电解制氢。该项研究成果已于11月30日在《Nature》上发布。 氢能作为新一代清洁能源，电解水制备氢是一种绿色且高效的方法，但使用淡水资源作为电解液，无疑加剧了淡水资源短缺问题。海水直接电解制氢，业界公认是最理想的制氢方案，不过这种方法被提出半个世纪以来，其技术上一直缺乏革命性的突破，无法进行工业化应用。 绿色零碳氢能是未来能源发展的重要方向。随着氢能爆发式增长，预计到2060年，我国氢气年需求量将达1.3亿吨，届时每年需要消耗约11.7亿吨电解用纯水。然而，淡水资源紧缺将严重制约“绿氢”技术的发展。海洋是地球上最大的氢矿，向大海要水是未来氢能发展的重要方向。但复杂的海水成分（约92种化学元素）导致海水制氢面临诸多难题与挑战。 先淡化后制氢是当前最成熟的海水制氢技术路径，目前已在全球多国开展规模化示范工程项目。但该类技术严重依赖大规模淡化设备，工艺流程复杂且占用大量土地资源，进一步推高了制氢成本与工程建设难度。 上世纪70年代初有科学家提出，海水可否直接电解制氢呢？半个世纪以来，美国斯坦福大学、法国国家科学研究中心、澳大利亚阿德莱德大学、中国科学院等国内外知名研究团队通过催化剂工程、膜材料科学等手段进行了大量探索研究，旨在破解海水直接电解制氢面临的析氯副反应、钙镁沉淀、催化剂失活等难题。然而一直未有突破性的理论与原理彻底避免海水复杂组分对电解制氢的影响，可规模化的高效稳定海水直接电解制氢原理与技术仍是世界空白。 谢和平院士团队首次从物理力学与电化学相结合的全新思路，建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术，另辟蹊径，彻底隔绝海水离子同时实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢技术突破。简而言之，即把海水当纯净水用，在海水里直接原位电解制氢。 《Nature》评审专家评述该成果：“很少有论文能够令人信服地从海水中实现规模化稳定制氢，但该论文的工作恰恰做到了这一点。他们完美地解决了有害腐蚀性这一长期困扰海水制氢领域的问题，将打开低成本燃料生产的大门，有望推动变革走向更可持续的世界！” 该成果通过将分子扩散、界面相平衡等物理力学过程与电化学反应巧妙结合，建立了相变迁移驱动的海水直接电解制氢理论模型，揭示了微米级气隙通路下界面压力差对海水自发相变传质的影响机制，形成了电化学反应协同海水迁移的动态自调节稳定电解制氢方法，破解了有害腐蚀性这一困扰海水电解制氢领域的半世纪难题。 谢和平院士团队研制了全球首套400L/h海水原位直接电解制氢技术与装备，在深圳湾海水中连续运行超3200小时，令人信服地从海水中实现了稳定和规模化制氢过程。此外，该研究团队还进一步开发了酸性和碱性固态凝胶电解质，以表明相变迁移策略适配不同电解质材料，并有望伴随PEM和AEM电解技术迭代发展。据悉，该原理技术可探索推广到多元化水资源（如河水、废水、盐湖等）直接原位制氢，为资源富集浓缩与能源生产提供多效利用新思路。

【来源：广州日报】

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关键词： 直接电解 淡水资源 广州日报 物理力学 电化学反应