寧波材料所在海水電解制氫陽極穩(wěn)定性研究方面獲進(jìn)展

電解水技術(shù)依賴稀缺的純水資源，這限制了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。海水是儲量豐富的水資源，因而將海水作為電解制氫的原料替代純水，能夠拓寬電解水的水質(zhì)要求，從而解決電解水的水源問題。然而，海水體系中大量的氯離子會對陽極造成腐蝕，降低陽極及電解槽的使用壽命。以往研究表明，通過電極表面吸附氧陰離子如硫酸根、磷酸根、硝酸根等來排斥氯離子，可以提高陽極壽命，但無法滿足工業(yè)化需求。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能與儲能材料技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究員陸之毅與陳亮，基于前期關(guān)于海水電解制氫陽極穩(wěn)定性的研究成果，在海水電解制氫陽極穩(wěn)定性研究方面取得了進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計了新型化學(xué)固定硫酸根的電極，在反應(yīng)過程中原位構(gòu)筑硫酸根斥氯層，實(shí)現(xiàn)了10000小時穩(wěn)定堿性海水電解制氫。催化劑在合成過程中摻雜原子級分散的鋇離子，在其反應(yīng)過程中生成硫酸鋇從而將硫酸根均勻固定在電極表面，并配合電極表面電性吸附的硫酸根，共同構(gòu)筑排氯層，從而提高了海水電解中陽極的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化的NiFeBa層狀氫氧化物電極在1 M NaOH + 0.5 M NaCl + 0.05 M Na2SO4或1 M NaOH + 海水 + 0.05 M Na2SO4電解液中以400 mA cm-2的電流密度工作時，均可以實(shí)現(xiàn)超過10000小時的穩(wěn)定性。理論模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在陽極表面原位形成的BaSO4配合電性吸附的硫酸根，可以降低陽極表面附近的游離Cl-濃度。進(jìn)一步，該研究對這一電極進(jìn)行尺寸放大，并在千瓦級海水電解制氫測試平臺中加以驗(yàn)證。

上述研究解決了堿性海水電解制氫技術(shù)中陽極壽命受限問題，為這一技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用提供了新的可能性。

相關(guān)研究成果以Stable Seawater Electrolysis over 10?000 Hours via Chemical Fixation of Sulfate on NiFeBa-LDH為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、寧波市相關(guān)項(xiàng)目等的支持。