深大科研團(tuán)隊(duì)發(fā)文，破解海水電解制氫難題

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廣州日?qǐng)?bào)訊 （全媒體記者王納）近期關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新消息頻繁見諸報(bào)端，前日，謝和平院士與他指導(dǎo)的深圳大學(xué)/四川大學(xué)博士團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，在海水里直接原位電解制氫。該項(xiàng)研究成果已于11月30日在《Nature》上發(fā)布。 氫能作為新一代清潔能源，電解水制備氫是一種綠色且高效的方法，但使用淡水資源作為電解液，無(wú)疑加劇了淡水資源短缺問(wèn)題。海水直接電解制氫，業(yè)界公認(rèn)是最理想的制氫方案，不過(guò)這種方法被提出半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，其技術(shù)上一直缺乏革命性的突破，無(wú)法進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用。 綠色零碳?xì)淠苁俏磥?lái)能源發(fā)展的重要方向。隨著氫能爆發(fā)式增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2060年，我國(guó)氫氣年需求量將達(dá)1.3億噸，屆時(shí)每年需要消耗約11.7億噸電解用純水。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，向大海要水是未來(lái)氫能發(fā)展的重要方向。但復(fù)雜的海水成分（約92種化學(xué)元素）導(dǎo)致海水制氫面臨諸多難題與挑戰(zhàn)。 先淡化后制氫是當(dāng)前最成熟的海水制氫技術(shù)路徑，目前已在全球多國(guó)開展規(guī)?；痉豆こ添?xiàng)目。但該類技術(shù)嚴(yán)重依賴大規(guī)模淡化設(shè)備，工藝流程復(fù)雜且占用大量土地資源，進(jìn)一步推高了制氫成本與工程建設(shè)難度。 上世紀(jì)70年代初有科學(xué)家提出，海水可否直接電解制氫呢？半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)斯坦福大學(xué)、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心、澳大利亞阿德萊德大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等國(guó)內(nèi)外知名研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)催化劑工程、膜材料科學(xué)等手段進(jìn)行了大量探索研究，旨在破解海水直接電解制氫面臨的析氯副反應(yīng)、鈣鎂沉淀、催化劑失活等難題。然而一直未有突破性的理論與原理徹底避免海水復(fù)雜組分對(duì)電解制氫的影響，可規(guī)模化的高效穩(wěn)定海水直接電解制氫原理與技術(shù)仍是世界空白。 謝和平院士團(tuán)隊(duì)首次從物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的全新思路，建立了相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水無(wú)淡化原位直接電解制氫全新原理與技術(shù)，另辟蹊徑，徹底隔絕海水離子同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無(wú)淡化過(guò)程、無(wú)副反應(yīng)、無(wú)額外能耗的高效海水原位直接電解制氫技術(shù)突破。簡(jiǎn)而言之，即把海水當(dāng)純凈水用，在海水里直接原位電解制氫。 《Nature》評(píng)審專家評(píng)述該成果：“很少有論文能夠令人信服地從海水中實(shí)現(xiàn)規(guī)?；€(wěn)定制氫，但該論文的工作恰恰做到了這一點(diǎn)。他們完美地解決了有害腐蝕性這一長(zhǎng)期困擾海水制氫領(lǐng)域的問(wèn)題，將打開低成本燃料生產(chǎn)的大門，有望推動(dòng)變革走向更可持續(xù)的世界！” 該成果通過(guò)將分子擴(kuò)散、界面相平衡等物理力學(xué)過(guò)程與電化學(xué)反應(yīng)巧妙結(jié)合，建立了相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水直接電解制氫理論模型，揭示了微米級(jí)氣隙通路下界面壓力差對(duì)海水自發(fā)相變傳質(zhì)的影響機(jī)制，形成了電化學(xué)反應(yīng)協(xié)同海水遷移的動(dòng)態(tài)自調(diào)節(jié)穩(wěn)定電解制氫方法，破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領(lǐng)域的半世紀(jì)難題。 謝和平院士團(tuán)隊(duì)研制了全球首套400L/h海水原位直接電解制氫技術(shù)與裝備，在深圳灣海水中連續(xù)運(yùn)行超3200小時(shí)，令人信服地從海水中實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定和規(guī)?；茪溥^(guò)程。此外，該研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步開發(fā)了酸性和堿性固態(tài)凝膠電解質(zhì)，以表明相變遷移策略適配不同電解質(zhì)材料，并有望伴隨PEM和AEM電解技術(shù)迭代發(fā)展。據(jù)悉，該原理技術(shù)可探索推廣到多元化水資源（如河水、廢水、鹽湖等）直接原位制氫，為資源富集濃縮與能源生產(chǎn)提供多效利用新思路。

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關(guān)鍵詞： 直接電解 淡水資源 廣州日?qǐng)?bào) 物理力學(xué) 電化學(xué)反應(yīng)