首爾國立大學工程學院的研究人員開發出一種新型電極，用於水電解過程中，無需金屬催化劑，且具備自我修復能力。這一進展對於綠色氫氣的生產具有重大意義，因為全球正在尋找減少對化石燃料依賴的方法。
隨著各國競相實現「淨零」排放目標，風能和太陽能等技術日益受到重視。這些技術能夠產生清潔電力，但在重型運輸或製造等高功率應用中效果有限。
氫氣作為化石燃料的良好替代品，具有高能量密度。然而，目前的生產方法碳排放密集，妨礙了淨零排放的目標。
水電解是生成氫氣最簡單的方法之一，並且可以利用清潔電力進行無排放的生產。然而，這一方法依賴使用貴金屬製成的催化劑，這使得過程成本高昂。
通過轉向無催化劑電極，韓國研究人員在綠色氫氣生產上取得了重大進展。
研究團隊由首爾國立大學化學與生物工程系的教授 Jeyong Yoon 和 Jaeyune Ryu 領導，他們開發了一種新方法，僅使用鎳來製作電極。
通常，這些電極會塗覆金屬催化劑，但隨著時間的推移會降解，必須更換，這使得過程變得昂貴。擺脫依賴催化劑的方法有助於降低生產成本；然而，電極仍然會隨著時間的推移而降解。
為了解決這一問題，研究人員使用了一種稱為動態極化控制的方法，允許電極有短暫的休息時間。通過對電極施加微弱的還原電壓，研究人員使溶解在電解液中的微量鐵重新附著到電極表面。
然後，鐵與鎳結合，形成一層高活性的氧氣產生催化劑層，改善反應性能並賦予其自我修復機制。
這一經濟且可擴展的方法已通過超過 1,000 小時的穩定電解槽運行進行了驗證，即使在每平方厘米 1 A 的高電流密度下也能成功運行。為進一步證明成功並不限於實驗室規模的設置，研究人員設置了一個每個電池 25 平方厘米的三堆電池系統，並成功運行了數百小時。
“這項研究不僅僅是優化操作條件，”共同領導該研究的 Jaeyune Ryu 表示。“這是一項基礎應用研究，系統性地闡明了電極/電解液界面上的複雜電化學相互作用，並成功地在實際系統中實現了這些原理。這是一個理論洞察和工業相關性有效展示的案例。”
這一方法將促進氫氣的生產，並幫助韓國轉型為氫經濟，這已被該國確定為實現碳中和的 12 種核心方法之一，並在全球領先。
“無需依賴催化劑的氫氣生產方法是一項變革性策略，可以大大改善綠色氫氣的經濟性和可擴展性，”Jeyong Yoon 在新聞稿中補充道。“這一成就標誌著氫經濟技術朝向碳中和的真正轉折點。”
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