新技術(shù)可在海水里原位直接電解制氫

11月30日，中國工程院院士謝和平與他指導的深圳大學(xué)、四川大學(xué)博士生團隊在《自然》發(fā)表論文，以物理力學(xué)與電化學(xué)相結合的全新思路，建立了相變遷移驅動(dòng)的海水無(wú)淡化原位直接電解制氫全新原理與技術(shù)。該技術(shù)徹底隔絕了海水離子，實(shí)現了無(wú)淡化過(guò)程、無(wú)副反應、無(wú)額外能耗的高效海水原位直接電解制氫，即可在海水里原位直接電解制氫。

由于淡水資源緊缺，向大海要水是未來(lái)氫能發(fā)展的重要方向。但復雜的海水成分(約92種化學(xué)元素)導致海水制氫面臨諸多難題與挑戰，先淡化后制氫工藝流程復雜且成本高昂。上世紀70年代初有科學(xué)家提出海水直接電解制氫的思路，但半個(gè)世紀以來(lái)未產(chǎn)生突破性的理論與原理，無(wú)法徹底避免海水復雜組分對電解制氫的影響。

謝和平團隊提出以物理力學(xué)與電化學(xué)相結合的思路解決海水直接電解制氫面臨的難題與挑戰，通過(guò)將分子擴散、界面相平衡等物理力學(xué)過(guò)程與電化學(xué)反應巧妙結合，建立相變遷移驅動(dòng)的海水直接電解制氫理論模型，揭示了微米級氣隙通路下界面壓力差對海水自發(fā)相變傳質(zhì)的影響機制，形成電化學(xué)反應協(xié)同海水遷移的動(dòng)態(tài)自調節穩定電解制氫方法，破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領(lǐng)域半個(gè)世紀的難題，目前已申請專(zhuān)利。

同時(shí)，該團隊研制了全球首套400升/小時(shí)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運行超3200小時(shí)，驗證了這一技術(shù)的穩定性和規?；?。同時(shí)，該技術(shù)可探索推廣到多元化水資源(如河水、廢水、鹽湖等)原位直接制氫。論文作者表示，海水無(wú)淡化原位直接電解制氫技術(shù)未來(lái)有望與海上可再生能源相結合，構建無(wú)淡化、無(wú)額外催化劑工程、無(wú)海水輸運、無(wú)污染處理的海水原位直接電解制氫工廠(chǎng)。

該論文評審專(zhuān)家認為，“很少有論文能夠令人信服地從海水中實(shí)現規?；€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(cháng)期困擾海水制氫領(lǐng)域的難題，將打開(kāi)低成本燃料生產(chǎn)的大門(mén)，有望推動(dòng)變革走向更可持續的世界。”

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05379-5