新型直接電解海水制氫裝置連續運行超2000小時

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利用可再生能源電解水制氫是最具前景的氫氣生產途徑之一。直接電解海水制氫技術將海水簡單預處理后，可直接作為電解制氫裝置原料水使用，避免海水淡化、純化等過程，尤其適用于深遠海風電就地消納，可大幅降低海上風電輸變電成本。近日，由中國科學院大連化學物理研究所研究員王二東團隊研發的1Nm³/h直接電解海水制氫裝置，完成了2000小時連續穩定運行，電解槽平均直流電耗4.04kWh/Nm³H₂，實現了標方氫每小時級直接電解海水制氫裝置長時間穩定運行。

新型直接電解海水制氫裝置。大連化物所供圖

目前，由于海水中含有復雜的離子成分，尤其是氯離子、鎂離子和鈣離子等，在電解制氫過程發生氯析出、氯腐蝕、固體沉積等副反應，嚴重影響直接電解海水制氫的性能與可靠性。

團隊將應用基礎研究與工程開發并重，實現了直接電解海水制氫從基礎研究探索、關鍵材料研究到系統設計集成全鏈條研發。他們先后攻克了催化劑、電極反應過程、電極設計、電解液調節等系列關鍵科學技術問題，突破了高選擇性耐氯析氧電極設計與制備技術、抗鈣鎂離子沉積析氫電極設計與制備技術、新型高效直接電解海水制氫電解槽設計與制造技術、智能全自動電解液濃度控制技術等系列關鍵技術，并且累計申請電解海水制氫相關專利17件，初步形成了電解海水制氫技術自主知識產權體系。

團隊設計集成的1Nm³/h直接電解海水制氫裝置，采用大連海域自然海水為原料水，已完成2000小時連續穩定運行，平均小室電壓1.69V，平均直流電耗4.04kWh/Nm³H₂，氧氣中氯氣含量低于20ppb。此外，團隊持續開發直接電解海水制氫技術，已成功開發新一代電解海水制氫電極與電解槽設計技術，實現了在相同電解電壓下，電解槽電流密度提高一倍以上。

直接電解海水制氫技術并不改變傳統堿性電解水制氫基本結構，同時可以充分利用堿性電解水制氫完善的產業鏈。該裝置的長時間連續穩定運行初步驗證了直接電解海水制氫技術的工程可行性與經濟性，為直接電解海水制氫技術的規模化應用奠定了基礎。