3月6日，北京化工大学孙晓明、周道金团队与香港城市大学刘彬教授团队合作，揭示了耦合波动性可再生能源的电解（海）水过程中制氢阴极存在的氧化与腐蚀等问题，并基于此提出了原位构建多层钝化结构以抵抗停车工况下阴极的氧渗透，为解决碱性电解槽和阴离子交换膜电解槽耦合波动性能源的瓶颈难题提供了新方案。

相关成果以“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。北京化工大学2022级硕士生沙琪昊及已毕业博士生王士元为本文的共同第一作者，北京化工大学为第一完成单位。

由可再生能源电力（绿电）驱动电解水被认为是可持续生产“绿氢”、实现双碳目标的重要方式。

但目前主流的碱性电解水技术存在稳定性差、与可再生能源衔接难的挑战。可再生能源具有间歇性、波动性和随机性的特点，研究团队发现，耦合波动性可再生能源的水电解阴极在停车工况下存在反向电流，该反向电流在12小时停车时间内可使阴极电压升高至1.09 V(vs. RHE)，使得金属态的阴极催化材料面临电解液中OH-的过度氧化。

若采用海水作为原料水，海水中大量卤素离子(Cl-，Br-)在停车工况下将使阴极面临更严重的腐蚀挑战。

间歇水/海水电解循环下阴极的氧化和腐蚀示意图（A），定量分析阴极在停车工况下的氧化电位（B，C），启停后球差电镜图（D，E）及电极间歇电解稳定性测试（F）

针对上述难题，研究团队合成了基于金属磷化物纳米阵列并覆盖氧化层的NiCoP-Cr2O3催化析氢电极，并揭示了上述析氢电极电解海水启停工况下的动态重构过程。

停车工况下原位生成氧化钴-磷酸钴-氧化钴组成的多层钝化层有效抵抗停车工况下的氧渗透，阻止OH-对活性Ni的过度氧化，使得活性位点可以在下一次析氢循环启动时被重新活化，从而提高催化活性中心在电流/电压波动工况下的可循环性与稳定性。

使用这种设计策略的电极可以在碱性海水中以工业电流密度(0.5 A cm−2)间歇电解10,000小时，电压增长率仅为0.5% khr−1。在超大电流（10 A cm−2）条件下间歇工作，仍保持了较好的稳定性(1.8% khr−1@700hr)。

该工作提出了新的钝化机理和材料设计策略，为解决析氢电催化剂在波动电解过程中的性能衰减问题提供了新的思路，为促进可再生电力驱动的（海）水电解技术的工业化提供了关键技术支持。

（来源：北京化工大学）

原文链接：10,000-h-stable intermittent alkaline seawaterelectrolysis