【AM寧波材料所建所20周年專刊】提高海水電解制氫陽極穩(wěn)定性的進展
海水電解制氫被認(rèn)為是高效、綠色、可持續(xù)的新技術(shù)，有助于應(yīng)對人類社會面臨的能源危機以及環(huán)境問題。為了提高制氫效率，人們在催化劑/電極的活性提升上進行了大量的研究，開發(fā)了許多高活性的電極。但由于海水中復(fù)雜離子的影響，這些電極往往表現(xiàn)出較低的穩(wěn)定性，尤其是陽極。海水中高濃度的鹵素離子和電解過程中原位生成的鹵化物種會對催化劑和基底造成嚴(yán)重腐蝕，從而大大降低陽極的穩(wěn)定性，阻礙了陽極在實際工況下的進一步應(yīng)用。因此，了解陽極的失效機制并提出提高其穩(wěn)定性的策略至關(guān)重要。
近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所電化學(xué)與環(huán)境催化團隊陸之毅研究員、徐雯雯副研究員和張思勰博士基于海水電解制氫長壽命電極開發(fā)方面的長期研究，受邀在國際知名期刊Advanced Materials上發(fā)表題為“Progress in Anode Stability Improvement for Seawater Electrolysis to Produce Hydrogen”的綜述文章（Adv. Mater. 2024, DOI: 10.1002/adma.202311322）。
在該綜述中，作者討論了影響催化劑/電極穩(wěn)定性的因素，全面概述了陽極失效機制，包括低選擇性引起的陽極不穩(wěn)定、陽極基底的腐蝕和物理損壞（圖1），并總結(jié)了對應(yīng)的電極設(shè)計策略，以提高其穩(wěn)定性。作者歸納了幾種提高陽極的穩(wěn)定性電解質(zhì)優(yōu)化和電解槽設(shè)計的策略，提供了幾種快速評估陽極穩(wěn)定性的方法（圖2），以幫助研究人員快速篩選穩(wěn)定的催化劑/電極。最后，作者提出了較為合理的陽極設(shè)計策略，并對未來陰極開發(fā)研究提出了展望。
上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃（2023YFB4005100）、浙江省研發(fā)計劃先導(dǎo)項目（2022C01158）、國家重點研發(fā)計劃（2021YFA1502200）、寧波市“甬江引才工程”科技創(chuàng)新/創(chuàng)新團隊（2021A-036-B）、寧波市科技新2025重大專項計劃項目（2020Z107和2022Z205）、國家自然科學(xué)基金（22105214）、寧波市自然科學(xué)基金（2022J296）、浙江省自然科學(xué)基金（LXR22B030001）的支持。
圖1 影響陽極穩(wěn)定性的三個主要因素
圖2 電極的評價方法
（氫能實驗室 張思勰）