6月2日，谢和平院士团队与东方电气集团联合开展的全球首次海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术海上中试，在福建兴化湾海上风电场获得成功。

为什么海水直接电解制氢中试成功，这么备受关注?这有什么难度吗?海水电解制氢需要克服的技术难点又是什么?

俗话说，外行看热闹，内行看门道。

如果您了解了其中的困难，想必就能理解为什么谢和平院士的“全新原理实现海水直接电解制氢”技术能够获得“2022年度中国科学十大进展”，也能理解为什么这项技术这么备受关注。

下面，小编为大家从技术角度分析一下，电解海水制氢面临的技术难点都有哪些?

当前，电解水的原料主要为高度净化的淡水，甚至纯水。在实际生产中，将大量的淡水纯化会造成巨大的经济成本，那么，在淡水资源日益稀缺的情况下，以海水直接作为原料电解制氢，就极具吸引力。

技术难点一：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。

技术难点二：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。

技术难点三：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，了解了电解海水需要克服的困难，那么，解决之道有哪些呢?

1、如何净化海水中的杂质?

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、如何制备合适的催化剂?

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、如何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。但是我们相信，在氢能这个万亿级赛道，如果这项技术最终得以应用，将会在“脱碳”道路上留下最浓墨重彩的一笔!