【所属领域】

能源环保

【痛点问题】

随着全球化石燃料的消耗不断增加，由此带来的环境污染和能源短缺问题愈发严重，能源问题和环境问题已经成为21世纪人类需要面对的两大难题。氢气（H₂）由于其高能量密度（142 kJ·kg^-1）和无污染，被认为是化石燃料最有前途的替代品。以氢气作为“能源载体”的氢能经济正在引发全球人类的广泛关注。在实现全球碳排放净零排放（NZE）战略目标背景以及我国“双碳”目标的政策下，实现能源生产结构转变成了最关键的挑战，经统计预估2060年我国氢气需求量预计1.3亿万吨。海水占地球总水资源量97.5%，直接利用海水制氢是未来理想、可持续发展的方向。但海水电解制氢面临着严峻的氯离子腐蚀以及阴极钙镁离子沉淀等问题，且反应动力学迟缓，这些问题尚未得到解决。

【解决方案】

设计了一种Na⁺交换膜分隔的pH不对称电解体系，Na⁺交换膜可以阻止天然海水中的Cl^-向阳极运输，从而避免了竞争性的Cl^-氧化。在接近中性的海水（pH<9.5）和流动电解质中，Ca²⁺和Mg²⁺沉淀物的问题将得到缓解。此外，在这个体系中阴阳极不对称pH值电解质之间的化学势差可以用来降低直接电解海水所需的整体电压。在电流密度100mA·cm^-2时电压仅为1.46V，是目前性能最好的直接海水电解装置之一。此外，在400 mA·cm^-2，80°C的工条件下，电压仅为1.66 V，生产每立方米H₂对应的电能为3.96 kW·h，低于我国科技部和美国能源部指标，处于领先水平，该工作也已经发表在国际高水平期刊Nature communications上（Nat. Commun., 2023, 14, 3934.）。

图1 不对称直接电解海水体系的性能图

【性能指标】

本项目同类技术对比表

【竞争优势】

本技术具有更低的制氢能耗，相比于当前国内外最先进直接电解海水制氢技术能耗降低＞25%，且能耗低于传统电解纯水制氢技术。

本技术可以用于直接电解海水制氢，能够与海上风电等技术相耦合。

【技术熟化度】

研发阶段

【产业化应用】

本技术可与海上风电、光电等可再生能源技术相配套，且可适用于淡水资源贫乏地区，并可用于基于氢能的储能，对双碳目标的达成具有重大意义，具备广阔的应用前景。

发展规划：

本项目近五年规划如下：

知识产权：

该成果已申请/授权多项中国发明专利。

合作方式：

专利许可、专利转让、作价入股、技术开发、面谈等。

【联系方式】

CG24006