韩国科学家开发超低成本镍钴电极 提升绿色氢气生产效率

韩国科学家研发出一种新型超低成本的组件，用以从水和电力中制造绿色氢气。韩国能源研究院（KIER）开发了一种无铂的镍钴电极，能有效进行碱性水电解。这种非贵金属的 Ni/Co 异质结构电极提升了碱性水电解的性能，并降低了成本。此进展有潜力消除全球扩展绿色能源的主要经济障碍。KIER 的首席研究员姜京秀博士表示：“这项研究证明了非贵金属电极能在碱性水电解中实现世界级的性能和耐用性。”

氢气成本降低的关键在于水电解的简单性。通过水中施加电流，分裂水分子，并捕获纯氢气，实现零碳排放。然而，实际上，尤其在大规模的碱性系统中，反应速度较慢。在碱性条件下，分裂水分子所需的时间超过酸性环境的 100 倍。为了加速反应，工业电解槽通常使用贵金属。铂的价格约为每克 US$58 (约 HK$452)，而钌的价格则约为每克 US$54 (约 HK$421)。考虑到工厂的规模，这使得大规模生产在经济上变得不可行。KIER 团队最终决定完全放弃铂金，改用镍和钴，价格分别为每克 US$0.02 (约 HK$0)和 US$0.05 (约 HK$0)。

新型电极的技术优势

便宜金属如何超越铂金？这归功于其智能架构。团队创建了一种双组件异质结构，将氧化镍和镍钴合金配对在同一电极表面。每个组件处理反应的不同阶段。氧化镍作为化学催化剂，迅速在初始的缓慢解离步骤中拆分水分子；而 Ni-Co 合金则用来将释放的氢离子结合成可用的燃料气体。

性能结果显示这项技术的潜力。该电极在仅 22.7 mV 的过电位下实现了相等的氢气产量，这约为商业铂金系统所需的 56.5 mV 的 40%。研究人员指出：“所开发的电极在大约 40%的过电位下提供了相等的氢气产量，显示出在过去三年报道的非贵金属碱性电极中具有顶尖的性能。”许多实验室创新在实际电网测试中失败，因为波动的太阳能和风能使设备面临严苛的运行周期。KIER 专门设计了这种新电极，以抵御这些不可预测的条件。

在一个 8.7 厘米的单元测试中，该电极相比标准镍电池将电池电压降低了 11%。甚至在 600 个连续的启停应力循环中，也未损失性能。

未来的商业化潜力

未来，该电极有可能与不稳定的太阳能和风能发电厂一同运行。团队已经超越了实验室阶段。共同负责人李贤俊博士透露，团队已制造出直径 40 厘米的大型电极，并正在精炼商业生产的制造过程。最终目标是将电极表面积扩展至 5,000 平方厘米，以便直接整合到兆瓦级的工业厂房中。如果成功扩展，这可能最终解决氢气的贵金属税问题。该研究结果已发表在《先进科学》期刊上。

无铂电极对氢气生产的影响

这项新型无铂镍钴电极的开发，标志着氢气生产技术的一次重要突破。传统上，氢气的生产依赖于昂贵的贵金属催化剂，这限制了其经济可行性。通过使用更便宜的金属，这项技术不仅降低了生产成本，还提升了氢气的产量和效率。随着可再生能源的普及，这种新电极的应用潜力巨大，能够促进绿色氢气的广泛使用，进一步推动全球能源转型。