寧波材料所等在海水電解制氫大尺寸、高穩(wěn)定陰極技術(shù)方面取得進展

　　通過海上可再生能源進行電解海水制氫被科學家認定為未來獲取“綠氫”能源的重要途徑之一。然而，海上可再生能源（如風能、光伏、潮汐能等）具有波動性強、環(huán)境苛刻等特點，加之海水體系含有大量的Cl-以及其他細菌微生物等，需進一步提升電極材料。

　　中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能實驗室針對發(fā)展海水電解制氫工業(yè)電流密度工況對陰極的高要求，開發(fā)了實用、成本低廉、可規(guī)模化放大的陰極，在工業(yè)電流密度下可以長時間、穩(wěn)定地進行海水電解制氫。該研究提出了易重復、可放大、易批量生產(chǎn)的浸泡-電沉積法，用于合成尺寸達到10*10 cm2的Cu2S@NiS@Ni/NiMo陰極。復合陰極在堿性模擬海水和堿性海水中，電流密度達到1000 mA cm-2僅需要190mV和250mV的過電位。同時，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的穩(wěn)定性。同時，在模擬新能源供電的波動測試中，電極在1500小時的運行中依然可以保持穩(wěn)定。

　　該團隊為解決海水電解制氫過程中面向工業(yè)規(guī)模化放大的高性能陰極合成提供了新的合成方法。研究對所合成陰極的性能和成本的評估顯示，該電極具備在工業(yè)規(guī)模下可持續(xù)制氫的潛力。相關(guān)研究成果以Scalable Fabrication of Cu2S@NiS@Ni/NiMo Hybrid Cathode for High-Performance Seawater Electrolysis為題，發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials，DOI：10.1002/adfm.202302263）上。

　　該研究由寧波材料所華東理工大學合作完成。DFT計算得到南京大學先進微結(jié)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新中心高性能計算中心支持。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、寧波市“甬江引才工程”科技創(chuàng)新/創(chuàng)新團隊、浙江省研發(fā)計劃先導項目、寧波市“科技創(chuàng)新2025”重大專項計劃項目、國家自然科學基金、寧波市自然科學基金、浙江省自然科學基金、上海市科學技術(shù)委員會、上海市新星計劃、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項基金等的支持。

大尺寸、高穩(wěn)定陰極結(jié)構(gòu)、活性示意圖