寧波材料所在海水電解制氫大尺寸、高穩(wěn)定陰極技術(shù)方向取得重要進(jìn)展
通過(guò)海上可再生能源進(jìn)行電解海水制氫被科學(xué)家認(rèn)定為未來(lái)獲取“綠氫”能源的重要途徑之一，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰碳中和”偉大目標(biāo)助力。但是，海上可再生能源（如風(fēng)能、光伏、潮汐能等）具有波動(dòng)性強(qiáng)、環(huán)境苛刻等特點(diǎn)，加之海水體系含有大量的Cl-以及其他細(xì)菌微生物等，需進(jìn)一步提升電極材料。
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)?；糯蟮年帢O，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。
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)?；糯蟮母咝阅荜帢O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。該工作以“Scalable Fabrication of Cu2S@NiS@Ni/NiMo Hybrid Cathode for High-Performance Seawater Electrolysis”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊Advanced Functional Materials上（DOI：10.1002/adfm.202302263）。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA1502200）、寧波市“甬江引才工程”科技創(chuàng)新/創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2021A-036-B）、浙江省研發(fā)計(jì)劃先導(dǎo)項(xiàng)目（2022C01158）、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目（2022Z205）、國(guó)家自然科學(xué)基金（22105214）、寧波市自然科學(xué)基金（20221JCGY010295）、浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LXR22B030001）、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)（22ZR1415700）、上海市新星計(jì)劃項(xiàng)目（20QA1402400）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金等的支持。DFT計(jì)算由南京大學(xué)先進(jìn)微結(jié)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新中心高性能計(jì)算中心支持。論文通訊作者為寧波材料所陸之毅研究員、田子奇研究員和華東理工大學(xué)戴升教授。
大尺寸、高穩(wěn)定陰極結(jié)構(gòu)、活性示意圖
（新能源所 陳昊成）