利用可再生能源電力（綠電）進(jìn)行海水電解為生產(chǎn)綠色氫氣（綠氫）提供了一種頗具吸引力的策略。然而，直接利用海水進(jìn)行電解面臨諸多挑戰，主要源于海水中大量存在的鹵素離子（例如 Cl-、Br-）在陽(yáng)極引發(fā)的腐蝕和競爭反應。
以往關(guān)于海水電解的研究主要集中在陽(yáng)極的開(kāi)發(fā)上，因為陰極在還原電位下工作，在海水電解過(guò)程中不會(huì )發(fā)生電極溶解或氯化物腐蝕反應。然而，可再生能源具有間歇性、波動(dòng)性和隨機性，如果利用可再生能源電力來(lái)驅動(dòng)海水電解，會(huì )導致頻繁的啟停操作。
2025年3月6日，北京化工大學(xué)化工資源有效利用全國重點(diǎn)實(shí)驗室孫曉明教授、周道金副教授及香港城市大學(xué)劉彬教授團隊合作（北京化工大學(xué)2022級碩士生沙琪昊及已畢業(yè)博士生王士元為論文共同第一作者）， 在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：10,000-h-stable intermittent alkaline seawater electrolysis 的研究論文。
該研究揭示了耦合波動(dòng)性可再生能源的電解（海）水過(guò)程中制氫陰極存在的氧化與腐蝕等問(wèn)題，并基于此提出了原位構建多層鈍化結構以抵抗停車(chē)工況下陰極的氧滲透，為解決堿性電解槽和陰離子交換膜電解槽耦合波動(dòng)性能源的瓶頸難題提供了新方案。
在這項最新研究中，研究團隊首次揭示了間歇電解過(guò)程中海水析氫陰極的動(dòng)態(tài)演變和退化情況，并據此提出構建催化劑鈍化層以維持其在運行過(guò)程中的析氫性能。在 NiCoP-Cr2O3 正極表面原位形成的磷酸鹽鈍化層能夠有效保護金屬活性位點(diǎn)在頻繁放電過(guò)程中免受氧化，并在停車(chē)工況下排斥鹵素離子在正極上的吸附。
研究團隊證明，采用這種設計策略?xún)?yōu)化的電極在堿性海水中以 0.5 A/cm2 的工業(yè)電流密度波動(dòng)運行 10000 小時(shí)后，電壓僅以 0.5% /khr 的速率上升。在超大電流（10 A/cm2）條件下間歇工作，仍保持了較好的穩定性（1.8% /kh，運行 700小時(shí)）。
總的來(lái)說(shuō)，這項研究提出了新的鈍化機理和材料設計策略，為解決析氫電催化劑在波動(dòng)電解過(guò)程中的性能衰減問(wèn)題提供了新思路，為促進(jìn)可再生電力驅動(dòng)的海水電解技術(shù)的工業(yè)化提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08610-1
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