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近日，華能清能院氫能研究團隊在《國際氫能期刊》 (International Journal of Hydrogen Energy)上發(fā)表了“工業(yè)級堿性電解水制氫用超親水鎳鐵析氧電極”相關(guān)研究成果。提升電解水制氫電極催化劑活性，降低制氫電耗和成本，是大規(guī)模推廣可再生能源制備綠氫的關(guān)鍵。NiFe基材料由于具有較高電解水析氧（OER）本征活性并且成本較低，廣受學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，但受限于材料穩(wěn)定性差、微觀形貌控制難度高、制備工藝復(fù)雜難于量產(chǎn)等難題，高性能NiFe基電極尚未實現(xiàn)工業(yè)級應(yīng)用。且以往研究多停留在實驗室常溫常壓環(huán)境下的靜態(tài)測試，與工業(yè)電解槽苛刻的運行環(huán)境（高溫、高壓、大電流、濃堿液循環(huán)等）存在巨大差距，難以全面評估電極性能和應(yīng)用潛力。
在華能集團重點科技項目及清能院青年發(fā)展基金的支持下，清能院研發(fā)團隊研發(fā)了一種具有超親水特征的NiFe合金納米錐陣列(NA)電極，利用低成本的原料和簡便的制備工藝，可實現(xiàn)大尺寸工業(yè)級電極的制備。NiFe NA電極顯示出優(yōu)異催化活性，其析氧過電勢較純鎳電極低400 mV，且在高濃度KOH溶液中大電流密度下呈現(xiàn)出優(yōu)異穩(wěn)定性。采用NiFe NA作為陽極與自研的陰極裝配成電解池，在工業(yè)工況下，制氫直流電耗僅為4.0 kWh·Nm-3·H2，且能在5000 A·m-2高電流密度下實現(xiàn)穩(wěn)定運行，達到行業(yè)領(lǐng)先水平。
華能清能院下一步將重點布局高活性、低成本、高穩(wěn)定性堿性電解水電極的研發(fā)，并在1000Nm3/h以上電解槽的大尺寸電極制備中轉(zhuǎn)化應(yīng)用，持續(xù)推進科技創(chuàng)新引領(lǐng)新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)降本增效的進程。
圖 (a)電極制備與電解池裝配（內(nèi)嵌圖片為NiFe合金納米錐陣列微觀形貌），(b)堿性電解水制氫試驗系統(tǒng)，（c）NiFe NA電極與泡沫鎳負載IrO2電極、泡沫鎳電極析氧極化曲線，電解池在工業(yè)工況下的 (d)極化曲線（無iR）和(e)計時電位曲線(500 mA·cm-2，無iR)。
論文第一作者：新能源材料技術(shù)部劉鵬博士
通訊作者：氫能技術(shù)部任志博博士、新能源材料技術(shù)部劉鵬博士
文獻信息：
Peng Liu*, Jinyi Wang, Xiaolong Wang, Liping Liu, Xupeng Yan, Huanjun Wang, Qichen Lu, Fan Wang, Zhibo Ren*, A superhydrophilic NiFe electrode for industrial alkaline water electrolysis, International Journal of Hydrogen Energy, 2023.
