
直接海水电解制氢可绕开淡水资源约束,且可与海上风电、光伏等可再生能源耦合,是推动绿氢规模化生产的优选路线。但传统直流电驱动电解下,阴极析氢反应生成的氢氧根离子会与海水中高浓度镁、钙离子结合,生成氢氧化镁、氢氧化钙等沉淀物,包覆活性位点、污堵隔膜、增加欧姆损失。为解决海水电解过程中因阴极析氢反应导致局部碱化、引发沉淀并造成制氢性能衰减这一长期困扰行业的瓶颈问题,研究团队提出用交流电替代直流电的全新策略。

图|交流电直接海水电解制氢原理示意图。在交流电驱动下,同一电极交替发生阴极析氢反应和阳极氧化反应,析氢反应产生的OH-被随后的阳极氧化反应消耗,从而避免沉淀。
在创新性方面,该技术策略利用交流电极性周期性反转特性,在阴极半周期产生的氢氧根离子,随后在阳极半周期被原位实时消耗,动态调控电极表面氢氧根离子浓度,有效抑制沉淀形成。团队在三种不同反应体系中完成了概念验证。

图|(a-c)传统的直流电直接海水电解(DC-DSE)制氢和(d-f)本技术的交流电直接海水电解(AC-DSE)制氢结果对比。直流电解时生成大量沉淀,反应电流随之大幅衰减;交流电解时无沉淀产生,反应电流持续稳定。
在经济性方面,该技术策略无需海水预处理和离子交换膜,降低了制氢成本与系统复杂度,且可与海上可再生能源发电系统耦合,实现“海上发电-就地制氢”一体化。此外,该技术通过耦合乙二醇氧化反应,可在产氢的同时联产高附加值产物乙醇酸,进一步提升制氢的经济效益。