相变迁移驱动不脱盐海水原位直接电解制氢原理
绿色碳氢能源是未来能源发展的重要方向伴随着氢能的爆炸式增长，预计到2060年我国氢气年需求量将达到1.3亿吨，每年消耗电解用纯水约11.7亿吨可是，淡水资源的短缺将严重制约绿色氢技术的发展海洋是地球上最大的氢矿向大海要水是未来氢能发展的一个重要方向可是，海水的复杂成分导致海水制氢面临许多困难和挑战先脱盐后制氢是目前海水制氢最成熟的技术路径，世界上许多国家都开展了大规模的示范工程但这种技术严重依赖大型海水淡化设备，工艺流程复杂，占用大量土地资源，进一步推高了制氢成本和工程建设难度在20世纪70年代初，一些科学家问海水是否可以直接电解产生氢气半个世纪以来，国内外知名研究团队，如斯坦福大学，法国国家研究中心，阿德莱德大学，中国科学院等针对海水直接电解制氢面临的析氯副反应，钙镁沉淀，催化剂失活等问题，以催化剂工程和膜材料科学为手段，做了大量的探索和研究但一直没有突破性的理论和原理来完全避免海水复杂成分对电解制氢的影响，大规模，高效，稳定的海水直接电解制氢的原理和技术在国际上还是空白
谢和平院士提出了将物理力学与电化学相结合的新思路，以解决海水直接电解面临的问题和挑战，从而创造性地创造了无需脱盐的海水原位直接电解新原理和新技术通过将分子扩散，界面相平衡等物理力学过程与电化学反应巧妙结合，建立了相变迁移驱动的海水直接电解制氢理论模型，揭示了微米级气隙路径下界面压差对海水自发相变和传质的影响机理形成了具有电化学反应和海水迁移的动态自调节稳定电解制氢方法，解决了困扰海水电解制氢领域半个世纪的有害腐蚀性问题，现已申请专利
同时，谢和平院士团队开发了世界上第一套400L/h海水原位直接电解制氢技术和设备，在深圳湾连续运行超过3200小时，令人信服地实现了稳定，大规模的海水制氢过程此外，研究团队还进一步开发了酸性和碱性固体凝胶电解质，以表明相变迁移策略适用于不同的电解质材料，这有望伴随PEM和AEM电解技术的迭代发展据报道，这一原理技术可以被探索和推广到从多样化的水资源中直接原位制氢，为资源富集和能源生产提供了一种多效利用的新思路
无海水淡化原位直接电解制氢的大型技术装备及稳定性
不经过海水淡化的海水原位直接电解制氢，融合多学科理论，是我国自主研发的原创性原理和技术突破，为世界范围内的海水制氢开辟了新的路径该技术可将海上风电等可再生能源的利用——海水资源的利用——氢能的生产融为一体，有望形成无需海水淡化，无需额外催化剂工程，无需海水输送，无污染处理的原位直接电解海水制氢新模式，真正将取之不尽的海水资源转化为海水能源未来，该技术可结合海上可再生能源建设一体化原位海水制氢装置，有望成为海上可再生能源规模化发展的关键，加速形成中国原创的海洋绿色氢全球新兴战略产业
《自然》杂志的审稿人高度评价了这项研究:这项工作提供了一个在社会和生态中使用非饮用水进行可持续燃料生产的有吸引力的策略。我认为这是一个重大突破！
自然专家对这一成果的评价是:很少有论文能够令人信服地实现海水大规模稳定制氢，但这篇论文的工作恰恰做到了这一点。他们完美解决了长期困扰海水制氢领域的有害腐蚀性问题，将打开低成本燃料生产的大门，有望推动向更可持续的世界转型！
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