中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能實(shí)驗(yàn)室針對(duì)發(fā)展海水電解制氫工業(yè)電流密度工況對(duì)陰極的高要求，開發(fā)了實(shí)用、成本低廉、可規(guī)?；糯蟮年帢O，在工業(yè)電流密度下可以長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地進(jìn)行海水電解制氫。該研究提出了易重復(fù)、可放大、易批量生產(chǎn)的浸泡-電沉積法，用于合成尺寸達(dá)到10*10 cm2的Cu2S@NiS@Ni/NiMo陰極。復(fù)合陰極在堿性模擬海水和堿性海水中，電流密度達(dá)到1000 mA cm-2僅需要190mV和250mV的過電位。同時(shí)，超疏氣的納米陣列結(jié)構(gòu)加速了氣體產(chǎn)物的脫離，確保大電流工況下活性位點(diǎn)的穩(wěn)定性。同時(shí)，在模擬新能源供電的波動(dòng)測(cè)試中，電極在1500小時(shí)的運(yùn)行中依然可以保持穩(wěn)定。
該團(tuán)隊(duì)為解決海水電解制氫過程中面向工業(yè)規(guī)模化放大的高性能陰極合成提供了新的合成方法。研究對(duì)所合成陰極的性能和成本的評(píng)估顯示，該電極具備在工業(yè)規(guī)模下可持續(xù)制氫的潛力。相關(guān)研究成果以Scalable Fabrication of Cu2S@NiS@Ni/NiMo Hybrid Cathode for High-Performance Seawater Electrolysis為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials，DOI：10.1002/adfm.202302263)上。
該研究由寧波材料所華東理工大學(xué)合作完成。DFT計(jì)算得到南京大學(xué)先進(jìn)微結(jié)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新中心高性能計(jì)算中心支持。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、寧波市“甬江引才工程”科技創(chuàng)新/創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、浙江省研發(fā)計(jì)劃先導(dǎo)項(xiàng)目、寧波市“科技創(chuàng)新2025”重大專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、寧波市自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、上海市新星計(jì)劃、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金等的支持。
大尺寸、高穩(wěn)定陰極結(jié)構(gòu)、活性示意圖
