攻克海水制氢难题：仅用1%钌 制氢效率提高13倍

韩国能源效率研究所开发的海水电解电极示意图

韩国研究人员宣布开发出一种可连续运行800小时以上的海水电解电极。

韩国能源研究院（KIER）8月7日宣布，韩智亨研究团队研发出一种“碳纤维基高性能电极”，能够在类似工业现场的大电流环境下长期稳定地工作。

水电解是一种环保技术，主要利用淡水电解水来生产氢气。然而，由于全球淡水短缺，直接利用海水的海水电解技术正备受关注。

海水电解装置的性能和寿命很大程度上取决于催化剂以及能够均匀分布催化剂的电极载体。基于铂和钌等贵金属的催化剂通常价格昂贵，而现有的碳纤维基催化剂在大电流和长期运行（超过100小时）过程中容易出现性能下降和结构损坏。

该研究团队致力于对碳纤维进行酸处理，以提高电极的反应活性。酸处理是将碳纤维浸入100°C的高浓度硝酸溶液中一小时。然而，水分蒸发会导致硝酸浓度发生变化。

研究团队设计了专用的酸处理容器，以防止浓度变化，并优化了碳纤维载体的表面处理。

经过高亲水性酸处理的碳纤维载体使钴、钼和钌离子均匀分布在载体表面。即使少量的钌也能提供优异的电化学性能。

研究团队解释，与现有催化剂相比，仅使用催化剂总重量的1%的钌，就能将电极的输入过电压降低25%，在电流密度下实现1.3倍的制氢效率。

即使在500 mA/㎠的大电流条件下连续运行800小时后，开发的电极仍能保持其初始性能。此外，钌和钴等金属离子被保留在催化剂内部，防止泄漏到电解液中，展现出优异的耐腐蚀性和结构稳定性。

目前，该团队成功合成了25cm2的大面积电极，展现了其实际应用潜力。

韩国能源研究院的韩智亨表示：“这是全球首例使用碳纤维支撑电极在海水电解过程中，在高电流条件下成功长期运行超过一个月的案例。”

“我们将通过超过1000小时的长期运行评估和大面积电池研究，将该技术推广到示范阶段。”

该研究成果已在线发表于国际期刊《应用表面科学》。