新型海水电解系统应对沉积物挑战

韩国能源研究院（KIER）部门耦合与整合融合研究中心韩志炯博士带领的研究团队，构建了一种全新的海水电解系统架构，有效解决了长期困扰海水电解工艺的沉积物堆积问题。这一突破不仅避免了由沉积物引起的性能衰减和工艺中断，也为海水电解技术的后续发展提供了新的思路。相关成果已发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）。

海水电解的潜力与瓶颈

水电解通过分解水来制取氢气，被视为一种清洁的制氢方式。随着全球淡水资源日益紧张，直接利用海水进行电解的技术逐渐受到重视，被认为是具有前景的替代路径。

但在实际应用中，海水电解效率常被认为偏低，关键原因在于海水中的镁离子和钙离子会在电极表面形成沉积物。这些沉积物不断累积，会阻碍反应界面，导致电解性能下降。传统做法需要定期通过酸洗或机械方式清理沉积物，难以实现连续稳定的氢气生产。

双电极架构与自清洁思路

为破解这一难题，KIER研究团队首次提出并实现了一种包含两个电极的新型系统架构：

• 一个电极负责进行氢气生产，同时允许沉积物在其表面逐渐形成；
• 另一个电极在沉积物形成后暂时停止氢气生产，利用系统运行过程中自然酸化的海水来溶解其表面的沉积物。

当某一电极上的沉积物被完全溶解后，两极互换角色：原本负责产氢的电极转为进行自清洁，另一电极则重新承担氢气生产任务。通过这种轮换机制，氢气制备与沉积物清除可以在系统中交替、持续进行。

实验结果表明，只需每隔约48小时切换一次电极角色，就能反复实现沉积物的形成与完全去除，从而维持系统的长期稳定运行。

性能与稳定性的大幅提升

在传统单电极海水电解系统中，由于沉积物不断堆积，运行约200小时后，系统能耗会增加约27%。相比之下，新开发的双电极系统在连续运行超过400小时后，能耗仅增加1.8%，整体性能相当于单电极系统的约15倍。

催化剂稳定性方面，新系统同样表现突出：

• 运行400小时后，氢气析出催化剂的含量仅比初始值降低约20%；
• 传统单电极系统中，同样条件下催化剂含量下降幅度则达到53%。

这表明双电极架构不仅显著减缓了性能衰减，也有效延长了催化剂的使用寿命。

通过系统设计解决核心瓶颈

研究负责人韩志炯博士指出，本研究证明了海水电解中的关键瓶颈——沉积物问题，可以仅通过系统架构设计来加以调控和缓解，而不必完全依赖额外的化学或机械清洗手段。

她进一步强调，本研究首次提出利用海水在运行过程中自然酸化，实现电极表面自我清洁的概念，为未来海水电解技术的工程化和规模化应用提供了新的发展方向。

本研究由韩国能源研究院与江原国立大学林周贤教授团队合作完成。