无膜电解技术《自然》刊登深大-川大团队海水直接电解制氢研究成果

用户投稿 2025年08月30日 08:50:04 41 0

《自然》刊登深大-川大团队海水直接电解制氢研究成果

今年11月，中国工程院院士谢和平与他指导的深圳大学/四川大学博士团队，在《Nature》上发表了他们关于海水直接电解制氢的研究成果，该成果破解了一个长达半世纪的难题。12月16日，深圳大学/四川大学谢和平院士团队与东方电气股份有限公司、东方电气（福建）创新研究院有限公司签署“海水无淡化原位直接电解制氢原创技术中试和产业化推广应用”的四方合作协议。

谢和平

投入3000万元用于前期研发

“《Nature》正刊报道的海水无淡化原位直接电解制氢原创技术，有望打破现有电解水制氢必须向系统供给纯水的固有思维，可形成‘海上风电再生资源-海水直接电解制氢’一体化工业模式的全链条式零碳氢能发展路径！”中国工程院院士谢和平的一席话，正式拉开了“海水资源能源化的海洋绿氢”的战略发展新序幕。

深圳大学/四川大学谢和平院士，深圳大学副校长汪永成，东方电气股份有限公司党组成员、副总经理张彦军，东方电气（福建）创新研究院有限公司院长刘泰生见证四方签署了“海水无淡化原位直接电解制氢技术开发与产业化推广应用”合作协议。

据了解，东方电气集团专项投入3000万元作为海水无淡化原位直接电解制氢颠覆性技术前期研发经费，获得四方共享《Nature》报道该成果的原创技术专利及相关资料的知识产权，同时组建四方合作联盟后续攻关该原创技术的中试和示范、迭代升级和推进产业化。

开创海水原位直接电解制氢全新路径

海洋是地球上最大的氢矿，向大海要水是未来氢能发展的重要方向。但复杂的海水成分（约92种化学元素）导致海水制氢面临诸多难题与挑战。

上世纪70年代初，有科学家提出了海水可否直接电解制氢呢？这半个世纪以来，国内外知名研究团队进行了大量探索研究。然而，一直以来未有突破性的理论与原理彻底避免海水复杂组分对电解制氢的影响，可规模化的高效稳定海水直接电解制氢原理与技术仍是世界空白。

谢和平院士提出了从物理力学与电化学相结合的全新思路破解海水直接电解制氢面临的难题与挑战，从而创造性地开创了海水无淡化原位直接电解制氢新原理与技术。同时，该原理技术可探索推广到多元化水资源（如河水、废水、盐湖等）直接原位制氢，为资源富集浓缩与能源生产提供多效利用新思路。

打造中国原创海水直接电解制氢新兴战略产业

张彦军谈到，氢能是东方电气集团发展清洁能源装备的重要支撑之一。本次联合推动海水无淡化原位制氢技术符合当前国家战略所向和企业发展所学，东方电气集团将大力支持该项技术的创新发展，推动产学研用深度融合，持续完善东方电气集团氢能制储加用产业发展格局，推动实现高水平科技自立自强，为服务我国碳达峰碳中和战略目标实现贡献东方力量。

谢和平院士强调：“东方电气是氢能领域的龙头央企，具有超前战略发展布局和很强的实力与地位，我们强强联手，分三步走战略携手共创全球海水制氢新时代。”其中，第一步共同推进海上中试示范验证，树立海上可再生能源直接制氢领域标杆；第二步全力攻关第二代海水无淡化原位直接电解制氢核心技术，迭代发展并优化升级核心技术及装备，始终保持海水直接制氢的技术领先优势，引领非纯水电解制氢新模式；第三步与东方电气共同面向全球企业合作共赢推进产业化，引领海上风电等可再生能源与海水直接电解制氢一体化全新工业模式。

此次合作将充分发挥谢和平院士团队在“海水无淡化原位直接电解制氢”领域的超前自主原创基础科学研发优势，结合东方电气在清洁能源装备研发、制造领域的技术支撑和市场地位，强强联手，打造海上可再生能源多能互补的中国原创“海洋绿氢”新兴战略产业，共创氢能未来时代。

“氢能被认为是未来能源体系中的重要组成部分”

“未来随着氢能需求的爆发式增长，电解水制氢对纯净水的高度依赖将在一定程度上制约未来氢能的发展。”采访过程中，谢和平院士团队四川大学新能源与低碳技术研究院研究员、深圳大学访问教授刘涛介绍，氢能被认为是未来能源体系中的重要组成部分，随着电解水制氢的成本、能耗进一步降低，可以把氢能作为能量载体。接下来氢能可以有非常多的用途，比如在冶金时可以替代传统的煤炭作为还原剂实现“氢冶金”。在能源领域，氢气可以作为燃料直接燃烧。“现在做的比较多的燃料电池，都是把氢气作为能源来利用。”

刘涛表示，海上有非常丰富的风电，尤其是未来随着深远海风电的发展，海水直接制氢可以把这些深远海的风电转变为氢能，利用我们本来就在深远海铺设的一些油气输送管道，就可以把氢气源源不断地送入我们的身边。“这样就是实现了最具经济性的海上风电利用途径之一。”

“我们这个技术的开发目前处于完成原理验证的阶段，同时我们也首次实现了相对规模化的制氢设备开发，现在可以做到每小时400升氢气的海水直接制氢装备规模。”刘涛同时也谈到了对未来的设想：“我们希望和现在的包括碱性电解水或者是质子交换膜电解水这些技术进行迭代耦合，未来能够做到每小时几百标准立方甚至上千标方的规模，真正实现工业化应用，这是我们努力的一个方向。”

采写：南都记者伍曼娜

摄影：南都记者霍健斌

次氯酸电解法与非电解法

食品工业领域中使用的次氯酸消毒剂的生成方式分为电解法(EP)和非电解法(NEP) 两类。

2006年以前，国内外一直致力于电解法次氯酸消毒剂的研究，利用迈克尔法拉第电解技术、膜电解技术开发单流体系，生产无副产物的次氯酸溶液。

2008年以后，开始混合法微酸性次氯酸发生器的研究，在结构、原料供给等进行了改进研究，安全性、稳定性有一定的提高。

图2次氯酸钠溶液中有效氯成分存在与pH 值的关系

在化学和制造业中，电解是一种使用直流电流（DC）驱动其他非自发化学反应的技术。电解作为从天然来源分离特定元素的方式，有很重要的商业价值。氯化钠（NaCl）和水（H 2 O）的电解可用于产生次氯酸。 Michael Farraday 在19世纪30年代制定电解法时首先解释了电解技术。在盐水溶液中通过两个电极传导电流可能产生氯气，次氯酸钠（漂白剂或NaOCl），次氯酸，氢氧化钠，氢气，臭氧和痕量其他新生氧化剂。电解的关键过程是通过从外部电路去除或添加电子来交换原子和离子，在浸入电解质中的一对电极上施加电势。每个电极吸引具有相反电荷的离子。带正电的离子（阳离子）向提供电子的（负）阴极移动；带负电荷的离子（阴离子）向提取电子的（正）阳极移动。在化学中，电子损失称为氧化，而电子得到称为还原。例如：制造次氯酸的第一步是盐水卤水电解生产氢气和氯气，产品是气态的。这些气体产物从电解质中起泡并被收集起来。 2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)

微酸性次氯酸消毒液现在有两种生成工艺，分为电解和非电解。

在同样浓度与PH值的条件相比下：微酸性次氯酸消毒液属于配方水，杀菌速度达到了次氯酸钠类产品的80倍，能瞬间杀菌。能视不同需求与用途调整次氯酸的浓度，且因采用六环微分子纯水，能使保存期限延长(在遮光密闭常温下可放1年至18个月) ，而采用电极分解出的次氯酸，浓度会受限，杀菌力较配方水差，且因采电解方式，次氯酸较易分解，故保存期限很短(在遮光密闭常温下可放7天至6个月)。