海洋能源網(wǎng)獲悉，2025年6月3日，謝和平院士團隊在國際能源環(huán)境領(lǐng)域頂級期刊《Energy & Environmental Science》(EES，影響因子 34.6)發(fā)表最新研究成果 “A gel electrolyte - based direct seawater electrolysis”，為海水直接制氫技術(shù)的發(fā)展帶來重大突破。該研究以四川大學與深圳大學為共同第一單位，針對波動海浪環(huán)境下海水直接制氫的長期穩(wěn)定性難題，創(chuàng)新性地提出了基于凝膠電解質(zhì)的相變遷移海水直接制氫原理與技術(shù)，為實現(xiàn)“向大海要綠氫”的目標再添關(guān)鍵助力。
一、研究背景與挑戰(zhàn)
可再生能源耦合海水直接電解制氫被認為是解決深遠海風電大規(guī)模消納難題的關(guān)鍵。然而，海水成分極其復(fù)雜，含有大量離子和雜質(zhì)，這使得電解系統(tǒng)容易受到腐蝕，催化劑也容易失活，從而限制了海水直接電解制氫技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用。自 20 世紀 70 年代科學家首次提出“海水直接電解制氫”的構(gòu)想以來，如何實現(xiàn)“高效、穩(wěn)定”的規(guī)?；瘧?yīng)用一直是該領(lǐng)域的瓶頸問題。
二、創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展歷程
2022年，謝和平院士團隊在《Nature》雜志上發(fā)表研究論文(Nature, 2022, 612(7941): 673 - 678.)，開辟了“力學機制驅(qū)動的相變遷移”海水原位直接電解制氫全新路徑。這一技術(shù)首次實現(xiàn)了無需淡化、無需預(yù)處理、無額外能耗的海水原位直接電解制氫，成功破解了海水電解制氫領(lǐng)域的半世紀難題。
2023年5月，謝和平院士團隊與東方電氣集團合作，打造了全球首個海上風電海水無淡化原位直接電解制氫示范項目。該項目在 3 - 8 級海風和 0.3 - 0.9 米海浪的復(fù)雜海洋環(huán)境下穩(wěn)定運行，填補了復(fù)雜海洋環(huán)境下工程應(yīng)用的空白(Nature Communications, 2024, 15(1): 5305/ 15(1): 8874.)。
三、凝膠電解質(zhì)技術(shù)突破
為了進一步應(yīng)對真實海洋環(huán)境中不可控海浪波動對電解系統(tǒng)的長期沖擊與機械擾動，謝和平院士團隊基于相變遷移機制，創(chuàng)新研發(fā)了多功能凝膠電解質(zhì)核心材料。這種材料兼具高效水遷移、高離子電導(dǎo)率和力學強韌特性，通過冷凍 - 離子調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)一體化制備。
(一)技術(shù)性能與優(yōu)勢
- 高效水遷移：凝膠電解質(zhì)能夠高效地從海水中吸收水分，無需額外的淡化或預(yù)處理步驟。
- 高離子電導(dǎo)率：凝膠電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率，能夠有效支持電解反應(yīng)的進行。
- 力學強韌特性：凝膠電解質(zhì)具有良好的力學性能，能夠適應(yīng)復(fù)雜的海洋環(huán)境，抵抗海浪波動帶來的機械擾動。
(二)實驗驗證
在實驗中，使用真實海水(無需淡化與預(yù)處理)，在 250 mA/cm²電流密度下，該系統(tǒng)穩(wěn)定運行超過 400 小時，凝膠電解質(zhì)、防水透氣界面與催化劑均保持穩(wěn)定。此外，團隊還搭建了 1045 mL H?/h 的規(guī)模化系統(tǒng)，在自然流動的河流中以太陽能供電穩(wěn)定運行 20 小時，成功驗證了“可再生能源 + 自然水體”的耦合制氫模式。
(三)拓展?jié)摿?/p>
凝膠電解質(zhì)在大尺寸制備(45×35 cm²)和大電流密度(1 A cm?²)場景下同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的拓展?jié)摿Γ@示出其在大規(guī)模應(yīng)用中的可行性。
四、研究意義與前景
該研究首次從電解質(zhì)材料層面完善了復(fù)雜海洋環(huán)境下相變遷移制氫的理論與技術(shù)框架，是謝和平院士“海水無淡化原位制氫”創(chuàng)新體系的又一重要突破。這一成果為打造中國科學家原創(chuàng)的無淡化、無額外催化劑工程、無海水輸運、無污染處理、無額外能耗海水原位直接電解制氫全新“海洋綠氫”模式奠定了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)，有望形成中國科學家原創(chuàng)的多能互補“海洋綠氫”全球新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)新賽道。
這一創(chuàng)新技術(shù)不僅為解決深遠海風電大規(guī)模消納難題提供了新的思路，也為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑和解決方案。
論文鏈接：[https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee00453e](https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee00453e)
