寧波材料所在海水電解制氫陽極穩定性研究方面獲進展

電解水技術依賴稀缺的純水資源，這限制了該技術的進一步發展。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，但無法滿足工業化需求。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所氫能與儲能材料技術實驗室研究員陸之毅與陳亮，基于前期關于海水電解制氫陽極穩定性的研究成果，在海水電解制氫陽極穩定性研究方面取得了進展。該團隊設計了新型化學固定硫酸根的電極，在反應過程中原位構筑硫酸根斥氯層，實現了10000小時穩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，共同構筑排氯層，從而提高了海水電解中陽極的穩定性。實驗結果表明，經過優化的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，均可以實現超過10000小時的穩定性。理論模擬和實驗結果顯示，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。進一步，該研究對這一電極進行尺寸放大，并在千瓦級海水電解制氫測試平臺中加以驗證。

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

相關研究成果以Stable Seawater Electrolysis over 10?000 Hours via Chemical Fixation of Sulfate on NiFeBa-LDH為題，發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、寧波市相關項目等的支持。