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| 海水电解制氢难点 |
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发布者：zq1229 发布时间：2023/6/6 18:16:57 阅读：377次 【字体：大 中 小】 |
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海水电解制氢技术
电解水的原料为纯水。以海水直接作为原料电解制氢，就极具吸引力。
难点一：海水中的众多杂质影响阴极析氢的发生
在电解水过程中，H2从阴极析出，对于阴极析氢反应，最具挑战性的问题就是，天然海水中存在着各种溶解的阳离子，如Na+、Mg2+、Ca2+等，除此之外，还有多种细菌、微生物和微小颗粒等。
这些杂质会随海水电解过程的进行，堵塞电极，进而毒害或加速电解系统中电极/催化剂的老化，导致其耐久性变差。
难点二：氯离子造成阳极腐蚀，并影响阳极析氧反应
在电解水过程中，通常情况下，O2从阳极析出。但是，海水中存在的大量氯离子（Cl-）会造成阳极材料的严重腐蚀，进而导致电极损坏、电压过高，从而终止高效的析氧反应；另外，高浓度的氯离子，还会在阳极发生氯氧化反应，占据催化剂的活性位点，从而降低阳极析氧反应的效率。
难点三：阳极析氧反应和氧氯化反应之间的竞争
在海水电解过程中，阳极会发生两种反应，即：析氧反应（OER）和氧氯化反应（ClOR）。析氧反应：4OH-→O2+H2O+4e-；E0=1.23V （vs. RHE）
氯氧化反应：Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-；E0=1.71V （vs. RHE）
可见，二者的E0相近，会产生竞争关系，这极大地限制了电解槽的工作电压。此外，ClOR反应和次氯酸盐的形成均为二电子反应，与OER四电子反应相比，ClOR反应在动力学上更容易进行，因而，通常观察到的OER过电位比ClOR高。
通过上述分析，电解海水需要克服的困难，解决之道有哪些呢？
1、净化海水中的杂质？
如果以海水为原料间接制氢，依赖大规模海水淡化设备，这不仅使工艺流程复杂，还提高了制氢成本。
那谢和平院士团队是怎么做到“无需淡化”海水，直接制氢的呢？
原来，他们在原理上跳出了传统化学的范畴，通过蒸汽压差的物理力学驱动，来全部隔开海水中的90多种复杂元素及微生物对电解制氢的影响。
2、制备合适的催化剂？
根据前述的技术难点一、二可知，合适的阳极(OER)催化剂至少得满足：
（1）更优异的OER催化活性，可以最大化OER和ClOR之间 的热力学电势差，从而保证对OER的高选择性；
（2）在催化剂表面设计Cl-阻挡层，防止Cl-在活性电极表面上发生反应。上述条件的满足看似简单，实际上需要大量的科学实验不断研究、论证，科研人员对于OER催化剂的优化设计，还任重道远……
3、保证长时间电解的高效率和稳定性？
这个问题的解决需要电解槽各部件多方面的配合，如：HER、OER催化剂本身的稳定性、耐久性；选用合适的隔膜材料将催化剂与海水中的离子隔离；电解槽整体结构的耐蚀性等等。
虽然海水电解制氢从小试、中试到最终工业上广泛应用，还有很长的路要走。
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