【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】利用海水替代淡水進(jìn)行電解制氫被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的技術(shù)。目前，海水電解存在著陽(yáng)極穩(wěn)定性差的問(wèn)題，制約了其進(jìn)一步的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)海水中高濃度的Cl-會(huì)造成陽(yáng)極的嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致電極快速失效。因此，科學(xué)家設(shè)計(jì)了許多具有抗Cl-腐蝕層的催化劑來(lái)提高的鎳基陽(yáng)極的穩(wěn)定性。然而，這些耐Cl-腐蝕的陽(yáng)極在堿性海水中測(cè)試的穩(wěn)定性明顯短于堿性模擬海水(0.5 M NaCl)。因而探明海水中其他化學(xué)成分對(duì)陽(yáng)極穩(wěn)定性的不利影響對(duì)于提升陽(yáng)極壽命、實(shí)現(xiàn)海水電解的工業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。(買儀表，賣儀表就上儀表網(wǎng)！ 查產(chǎn)品、看訂單…一站式全搞定！)
 

　　近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能實(shí)驗(yàn)室研究員陸之毅帶領(lǐng)的電化學(xué)環(huán)境催化團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員汪愛英帶領(lǐng)的碳基薄膜與涂層技術(shù)團(tuán)隊(duì)，基于前期對(duì)海水電解陽(yáng)極穩(wěn)定性的研究，在海水電解陽(yáng)極腐蝕機(jī)理研究方面取得了新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)除了Cl-以外，海水中的Br-對(duì)鎳基陽(yáng)極的危害更大。本研究利用循環(huán)極化曲線發(fā)現(xiàn)鎳基底在含Br-溶液中的耐腐蝕性比含Cl-溶液的差，且在含Br-溶液中的腐蝕速率更快。進(jìn)一步的電化學(xué)原位表征發(fā)現(xiàn)，Cl-會(huì)造成基底的局部腐蝕，形成窄而深的凹坑，而Br-則會(huì)大面積腐蝕，形成淺而寬的凹坑。深入的機(jī)理分析表明，Cl-有更低的擴(kuò)散勢(shì)壘，更易擴(kuò)散進(jìn)入基底鈍化層進(jìn)行腐蝕，而Br-與鈍化層反應(yīng)的自由能更低，傾向于多位點(diǎn)快速腐蝕。此外，對(duì)于表面含有催化劑(如NiFe-LDH)的鎳基電極，Br-會(huì)導(dǎo)致催化劑層大面積剝落，致使性能迅速下降。
 

　　研究表明，除了抗Cl-腐蝕外，設(shè)計(jì)抗Br-腐蝕陽(yáng)極對(duì)于海水電解的實(shí)際應(yīng)用更為重要。相關(guān)研究成果以Concerning the stability of seawater electrolysis: a corrosion mechanism study of halide on Ni-based anode為題，發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-023-40563-9)。
 

　　研究工作得到國(guó)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)項(xiàng)目、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)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和寧波市自然科學(xué)基金的支持。
 

圖1. 鎳基底在含Cl-和含Br-溶液中的腐蝕過(guò)程
 

圖2. NiFe-LDH/泡沫鎳陽(yáng)極在含Cl-、含Br-溶液和海水中的腐蝕