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綠氫大規(guī)模商業(yè)化指日可待！

3月5日，北京化工大學(xué)孫曉明教授、周道金研究員團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》（Nature）發(fā)表題為《10000小時(shí)穩(wěn)定的間歇性堿性海水電解》的突破性研究，成功破解海水電解制氫領(lǐng)域困擾國(guó)際學(xué)界十余年的技術(shù)瓶頸，為綠氫大規(guī)模商業(yè)化掃清障礙。

三重創(chuàng)新機(jī)制，破解海水電解兩大“殺手”

海水電解可直接利用豐富的海洋資源，避免了淡水制氫的局限性（每噸氫需消耗9噸淡水），但長(zhǎng)期受困于氯離子腐蝕和間歇性電源引發(fā)的電極氧化兩大難題。

海水中Cl濃度高達(dá)0.5 M，電解過程產(chǎn)生的次氯酸鹽會(huì)嚴(yán)重腐蝕電極材料；而風(fēng)光電的波動(dòng)性供電更導(dǎo)致陰極電位反轉(zhuǎn)，加速材料氧化失活。過往研究多聚焦陽極材料改性（如釕銥涂層），但陰極在停機(jī)時(shí)的“靜默腐蝕”始終無解。

孫曉明團(tuán)隊(duì)合成了基于金屬磷化物納米陣列并覆蓋氧化層的NiCoP-Cr2O3催化析氫電極，NiCoP-CrO催化劑通過以下三重創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)突破：

智能鈍化層：停機(jī)時(shí)，磷酸鹽（PO³）與鉻氧化物形成致密保護(hù)層，隔絕氯離子與氧氣；重啟時(shí)鈍化層可逆還原，暴露高活性鎳鈷磷核心，TOF-SIMS證實(shí)其動(dòng)態(tài)自修復(fù)特性。

靜電排斥護(hù)盾：磷酸鹽層表面帶負(fù)電，與Cl同性相斥，理論計(jì)算顯示Cl在鈍化層的吸附能達(dá)+1.2 eV（未保護(hù)鎳表面為-0.8 eV），物理阻斷腐蝕通道。

元素協(xié)同犧牲：球差電鏡顯示，停機(jī)時(shí)鈷（Co）優(yōu)先氧化為CoO，保護(hù)鎳（Ni）維持零價(jià)態(tài)活性，類似“鋅犧牲陽極”但效率更高。

成本性能“雙殺”，加速商業(yè)化

在模擬風(fēng)光電波動(dòng)的嚴(yán)苛測(cè)試中，NiCoP-CrO催化劑展現(xiàn)出顛覆性性能。

萬小時(shí)級(jí)穩(wěn)定性：0.5 A/cm²電流密度下連續(xù)運(yùn)行14個(gè)月，電壓衰減率僅0.5%/千小時(shí)，遠(yuǎn)超IEA商用電解槽8萬小時(shí)壽命標(biāo)準(zhǔn)。

極端工況驗(yàn)證：每10分鐘啟停一次的“魔鬼測(cè)試”中，4500次循環(huán)后性能零衰減，較傳統(tǒng)NiCo-LDH催化劑壽命延長(zhǎng)超5倍。

工業(yè)級(jí)電流突破：在含20% NaOH的海水電解液中實(shí)現(xiàn)10 A/cm²超強(qiáng)電流，700小時(shí)運(yùn)行后催化劑結(jié)構(gòu)完整，為千兆瓦級(jí)制氫工廠奠定基礎(chǔ)。

孫曉明團(tuán)隊(duì)的技術(shù)通過延長(zhǎng)電解槽維護(hù)周期（從“月”至“年”）和降低能耗，顯著推動(dòng)綠氫平準(zhǔn)化成本（LCOH）向灰氫靠攏。若結(jié)合非貴金屬陽極（如NiFe-LDH），材料成本可再降30%。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，隨著技術(shù)進(jìn)步，2030年綠氫成本有望降至20元/kg，2050年進(jìn)一步降至10元/kg。

目前，該研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFA1504000）支持，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程全面提速。

中國(guó)將氫能納入“十四五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，計(jì)劃2030年綠氫占比超50%。隨著沿海地區(qū)“海上風(fēng)電+電解工廠”模式鋪開，綠氫有望成為能源轉(zhuǎn)型的核心載體，助力全球碳中和目標(biāo)。海水制氫的這一突破不僅是科學(xué)上的“從0到1”，更將重塑未來能源格局。

       原文標(biāo)題 : 《Nature》：海水制氫技術(shù)是怎樣煉成的？