綠氫作為最具可持續(xù)性且真正無(wú)碳的氫能生產(chǎn)路線，正成為全球氫能發(fā)展的焦點(diǎn)。然而，淡水資源緊缺將嚴(yán)重制約“綠氫”技術(shù)的發(fā)展。海洋是地球上最大的氫礦，海水制氫能夠直接避免淡水資源緊缺的問(wèn)題，對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展舉足輕重。

但海水制氫的發(fā)展也面臨諸多挑戰(zhàn)。海水中的氯離子被氧化為氯氣以及次氯酸根，對(duì)會(huì)電解槽產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕；不溶物在離子交換膜和催化劑表面的沉積黏附，導(dǎo)致催化劑快速失活；海水中的氫離子以及氫氧根離子濃度不高，會(huì)明顯制約電解效率。

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能實(shí)驗(yàn)室針對(duì)發(fā)展海水電解制氫工業(yè)電流密度工況對(duì)陰極的高要求，開(kāi)發(fā)了一種實(shí)用、成本低廉、可規(guī)模化放大的陰極，在工業(yè)電流密度下可以長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地進(jìn)行海水電解制氫。研究提出了一種易重復(fù)、可放大、易批量生產(chǎn)的浸泡-電沉積法，用于合成尺寸達(dá)到10*10 cm2的Cu2S@NiS@Ni/NiMo陰極。復(fù)合陰極在堿性模擬海水和堿性海水中，電流密度達(dá)到1000 mA cm-2僅需要190mV和250mV的過(guò)電位。同時(shí)，超疏氣的納米陣列結(jié)構(gòu)加速了氣體產(chǎn)物的脫離，確保大電流工況下活性位點(diǎn)的穩(wěn)定性。同時(shí)，在模擬新能源供電的波動(dòng)測(cè)試中，電極在1500小時(shí)的運(yùn)行中依然可以保持穩(wěn)定。

大尺寸、高穩(wěn)定陰極結(jié)構(gòu)、活性示意圖

研究團(tuán)隊(duì)為解決海水電解制氫過(guò)程中面向工業(yè)規(guī)模化放大的高性能陰極合成提供了新的合成方法。通過(guò)對(duì)其性能和成本的評(píng)估，研究結(jié)果顯示了該電極具備在工業(yè)規(guī)模下可持續(xù)制氫的巨大潛力。