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11月30日，中國(guó)工程院院士謝和平與他指導(dǎo)的深圳大學(xué)、四川大學(xué)博士生團(tuán)隊(duì)在《自然》發(fā)表論文，從物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的全新思路，建立了相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水無(wú)淡化原位直接電解制氫全新原理與技術(shù)。該技術(shù)徹底隔絕海水離子，實(shí)現(xiàn)了無(wú)淡化過(guò)程、無(wú)副反應(yīng)、無(wú)額外能耗的高效海水原位直接電解制氫，即可在海水里直接原位電解制氫。
綠色零碳?xì)淠苁俏磥?lái)能源發(fā)展的重要方向。由于淡水資源緊缺，向大海要水是未來(lái)氫能發(fā)展的重要方向。但復(fù)雜的海水成分（約92種化學(xué)元素）導(dǎo)致海水制氫面臨諸多難題與挑戰(zhàn)，先淡化后制氫工藝流程復(fù)雜且成本高昂。上世紀(jì)70年代初有科學(xué)家提出了海水直接電解制氫的思路，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)未有突破性的理論與原理，無(wú)法徹底避免海水復(fù)雜組分對(duì)電解制氫的影響。
謝和平團(tuán)隊(duì)提出從物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的思路破解海水直接電解制氫面臨的難題與挑戰(zhàn)，通過(guò)將分子擴(kuò)散、界面相平衡等物理力學(xué)過(guò)程與電化學(xué)反應(yīng)巧妙結(jié)合，建立相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水直接電解制氫理論模型，揭示了微米級(jí)氣隙通路下界面壓力差對(duì)海水自發(fā)相變傳質(zhì)的影響機(jī)制，形成電化學(xué)反應(yīng)協(xié)同海水遷移的動(dòng)態(tài)自調(diào)節(jié)穩(wěn)定電解制氫方法，破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領(lǐng)域的半世紀(jì)難題，目前已申請(qǐng)專(zhuān)利。
同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)研制了全球首套400升/小時(shí)海水原位直接電解制氫技術(shù)與裝備，在深圳灣海水中連續(xù)運(yùn)行超3200小時(shí)，驗(yàn)證了這一技術(shù)的穩(wěn)定性和規(guī)模化。同時(shí)，該原理技術(shù)可探索推廣到多元化水資源（如河水、廢水、鹽湖等）直接原位制氫。論文作者表示，海水無(wú)淡化原位直接電解制氫技術(shù)在未來(lái)有望與海上可再生能源相結(jié)合，構(gòu)建無(wú)淡化、無(wú)額外催化劑工程、無(wú)海水輸運(yùn)、無(wú)污染處理的原位海水直接電解制氫工廠。
該論文評(píng)審專(zhuān)家認(rèn)為：“這項(xiàng)工作提供了一種有吸引力的策略，可以將非飲用水用于社會(huì)和生態(tài)中可持續(xù)燃料的生產(chǎn)，我認(rèn)為這是一個(gè)重大突破。”“很少有論文能夠令人信服地從海水中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化穩(wěn)定制氫，但該論文的工作恰恰做到了這一點(diǎn)。他們完美的解決了有害腐蝕性這一長(zhǎng)期困擾海水制氫領(lǐng)域的問(wèn)題，將打開(kāi)低成本燃料生產(chǎn)的大門(mén)，有望推動(dòng)變革走向更可持續(xù)的世界。”
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https://doi.org/10.1038/s41586-022-05379-5
相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水無(wú)淡化原位直接電解制氫原理 作者供圖
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