海水制氢目前主要问题：
主要存在阳极氯离子氧化腐蚀、以及阴极钙镁离子沉淀等问题，除了开发更耐腐蚀和沉淀的阴阳极材料之外，还应优化电解制氢装置，尽可能避免对电极，隔膜、极板等组成部件的不利影响，提高工况下电解海水的稳定性。
海水制氢新进展：
自驱动原位水净化膜直接海水电解Nature (qq.com)
在此之前，谢和平院士团队研发了一种膜辅助水净化膜直接海水电解装置，使用疏水透气的聚四氟乙烯（PTFE）膜将海水中的杂质及离子隔档在外，只允许水蒸气通过，利用浓缩氢氧化钾（KOH）溶液作为自湿润电解质，实现水蒸气的浓差扩散，相当于碱水电解，与海上风电对接，实现原位直接海水制绿氢，在工程示范中展现出巨大的潜力。
感兴趣的可以看一下谢老师在《中国经济大讲堂》中的报告：
谢和平院士做客中国经济大讲堂——双碳行动：探秘海水直接制氢_哔哩哔哩_bilibili
谢院士在报告中指出，如何应对不可控的海洋环境中，如台风、波浪的干扰和影响，是最大的问题和瓶颈。
关于此类问题，谢老师近期发表在Nature Communication上的工作，就是利用浮动平台和风能来提供动力，将海水直接电解制氢技术和装置进一步迭代升级。
DOI: 10.1038/s41467-024-49639-6
研究背景 文章探讨了海水电解作为可持续能源的一种方式，旨在利用海洋资源生产氢气。然而，在波动的海洋环境中实现稳定、高效的电解是一个挑战，因为传统的预淡化和常规电解方法能耗高，且存在腐蚀和杂质控制问题。
研究方法
设计了一个基于水相迁移机制的海水电解系统，整合到浮动平台上，由风能驱动。
在0~0.9米波高和0~15米/秒风速的海洋环境中，进行了1.2 Nm³/h规模的实验验证。
通过UPS稳定供电，优化风力转换和电解器设计，研究水迁移行为以应对波动影响。
研究思路 研究思路是通过直接海水电解避免预处理步骤，同时解决复杂海水成分对电解效率的影响，利用浮动平台和风能来提供动力。
图2展示了该平台的概述。
a) 部分解释了系统的整体构成。系统主要由以下几个模块组成：UPS（不间断电源）模块，电流转换模块，海水电解模块，氢气检测模块以及运输模块。UPS模块确保电力供应的连续性；电流转换模块用于调整和管理电流以适应不同的设备需求；海水电解模块是核心部分，通过电解海水产生氢气；氢气检测模块则负责监控氢气的产量和安全；最后，运输模块设计用于将生成的氢气安全地运输到需要的地方。
b) 部分给出了设备的工作流程图。在该过程中，I代表电流值，U代表电压值，Q代表流量值。这表明设备运行时，会根据设定的电流和电压进行工作，同时监测水流的流量，以确保电解过程的效率和稳定性。
c) 部分展示的是浮动平台内部空间的照片。这可能包括了各个模块的安装位置和连接方式，显示了实际操作环境的实际情况。
d) 部分是一个与海洋相连的海水舱的示意图。这个舱室设计用于取用海水并进行电解，它直接与海洋相连，保证了电解所需的海水供应。
主要内容
描述了浮动平台的设计，包括储能、电流转换、氢气检测和运输模块。
展示了在波动海洋环境下平台的稳定运行，以及能量消耗和氢气纯度的数据。
探讨了如何应对波浪影响和设备的腐蚀防护。
研究结论
首次成功在波动海洋条件下进行直接海水电解，证明了风能驱动的可行性。
提出的电解策略高效且成本相对较低，但需要进一步优化抗波浪设计和确保长期稳定性。
图3展示了一个利用海上可再生能源在海洋中进行原位直接海水电解的平台。
a) 风力涡轮机网络示意图。风力涡轮机产生的电能进入增压站。当某个风力涡轮机在无风环境下无法发电时，增压站会向这个涡轮机输入能量以启动和运行，确保系统的稳定性和连续性。
b) 涡轮机功率随风速变化的波动情况。在500分钟内，涡轮机的最大输出功率是最低水平时的四倍以上，这表明风速对发电效率有显著影响。
c) 在波动环境下的浮式平台的压力和应力分布。这部分可能涉及平台结构强度分析，以确保平台在不同风浪条件下的安全和稳定性。
d) 浮式平台在海洋中的定位。这可能是关于如何根据海洋环境调整平台方向以优化捕获风能的描述。
e) 海上测试期间的风向玫瑰图。这是一种统计图表，显示了不同风向出现的频率，有助于理解风力资源的分布和平台应如何设计以最佳利用这些风向。
f) 海上风力涡轮机网络及原位直接海水电解平台的照片。这是实际应用的可视化展示，证明了这种技术的实地实施可能性。
创新点
水相迁移驱动的电解技术，无需预处理。
首次在海洋波浪环境下实现海水电解。
研究局限
需要优化抗波浪设计以提高平台稳定性。
长期运行的耐腐蚀性尚待验证。
研究展望 可能需要进一步研究如何在更大规模的应用中降低能源消耗，以及如何改进设备设计以适应海上环境条件。
可能感兴趣的问题
如何应对波浪对电解过程的影响？
波浪运动被观察到能促进水质量转移，一定程度的波浪波动不会对电解器的核心组件（如膜或催化剂）的稳定性产生负面影响。为了应对波浪对电解过程的影响，研究中采取了以下措施：
在实验室环境中模拟不同类型的波浪（平静、恒定、脉冲、潮汐和湍流模式），研究水迁移行为，以了解波动环境对水迁移过程和海水电解的影响。
通过使用具有能量存储、电流转换、氢气检测和运输模块的耦合系统，设计了一个大型（6 kW规模的电解，1.2 Nm³/h的氢气产量）且高效的浮动平台，该平台能够在不受控制的风浪条件下进行原位直接海水电解。
平台的设计包括使用不间断电源（UPS）和能量存储模块来稳定电力，以及实现物理隔离以防止波浪影响，从而克服关键的技术挑战。
进行电解器和浮动平台的模拟，分析和验证过程和环境参数的影响。
这些方法和结果表明，通过优化设计和使用适当的工程解决方案，可以有效地应对波浪对海水电解过程的影响。
电解系统的长期稳定性和耐腐蚀性如何？
在长达240小时的耐用性测试中，证明在海上风力发电作为能源来源的情况下，系统操作稳定，杂质阻挡性能（>99.99%）良好，没有催化剂腐蚀和副作用，表明在更强波动环境下（0~0.9米波高，0~15 m/s风速）海水与SDE之间有绝对稳定的隔离。
然而，文件提到氯氧化反应可能导致氢气生成效率降低和有毒Cl2的释放，从而引起电解系统的严重腐蚀，这表明系统耐腐蚀性是一个挑战。此外，电极板和催化剂在运输过程中的轻微松动可能增加电子传输电阻，但这些影响仍在可接受范围内。为了在深海环境中长期使用，需要进一步优化疏水性多孔膜和电解系统的稳定性和强度。
如何在大规模应用中进一步降低能源消耗？
为了在大规模应用中进一步降低能源消耗，可以考虑采用分体式系统，该系统由商业化电解器和质量传递模块组成。这使得系统能够在不改变最佳商业电解器（含有更高活性催化剂）结构的情况下匹配其性能。此外，不需要复杂的海水淡化过程，不需要额外的平台空间，也不需要与预处理相关的脱盐能量消耗，这些都有助于优化氢气生成的成本。通过这样的设计，直接利用海上风能进行海水电解制氢的现场生产方式将变得更加经济和高效。
海水直接制氢的下一步发展战略是什么？
文献中提到，尽管已经进行了实验室规模的海水直接电解演示，但在波动的海洋环境中进行的大规模现场演示仍然缺乏。为了进一步验证这种技术在大规模应用中的可行性，特别是在结合海上可再生能源的情况下，需要在波动的海浪条件下进行全面的直接海水电解测试。因此，下一步的发展战略可能包括：
在波动海洋条件下的大规模现场试验：这是为了验证直接海水电解系统的稳定性和耐久性，特别是在不同海浪高度和风速下。
发展技术更新迭代：跟上世界最新的发展技术，首先对接成熟的碱水电解制氢技术，攻关探索酸性电解制氢技术PEM。
系统集成与优化：开发分离式、模块式、智能化的直接海水电解系统，整合能量存储、电流转换、氢气检测和运输模块的多电解槽系统设计，以确保平台在海洋波动环境中的稳定运行。
经济可行性的提升：未来的目标是提高基于可再生能源输入的现场直接海水电解的经济合理性。
技术挑战的研究与解决：识别并解决关键系统组件的技术挑战，如腐蚀和副反应的控制，以及在复杂和变化的海洋条件下的电解液中杂质离子浓度的管理和稳定性。
持续的催化剂和电解质改进：开发更高效、耐腐蚀的催化剂和电解质材料，以降低能耗并提高电解效率。
环境适应性研究：考虑海洋环境变量（如地理位置和季节变化）对海水成分的影响，设计更具适应性的电解器和风机，开发固定式、漂浮式、动力式的海上制氢平台。
开发
通过这些步骤，可以推进海水直接制氢技术从实验室到实际海洋环境的商业化应用。
海水制氢机理分析：
天然海水直接电解 Nature Energy (qq.com)
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链接：
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