電解水的案例
氫能全產業鏈解析之制氫篇：PEM電解水
綠氫是通過可再生能源發電，再通過電解水獲取氫氣。電解水制氫是在直流電的作用下，通過電化學過程將水分子分解為氫氣和氧氣，分別在陰、陽極析出。而電解水制氫目前主要有三種技術路線，即堿性電解（AWE），質子交換膜（PEM）電解以及固體氧化物（SOEC）三種技術路線。電解水制氫三種技術路線對比在以上三種技術路線中，PEM電解水制氫的效率較高，并且適用于可再能能源發電時的波動性，是當下主流也是比較有前景的電解水制氫技術，下面我們就來看一下PEM電解水制氫的技術原理。PEM電解水制氫原理與堿性電解池相比，PEM電解池用質子交換膜代替了石棉膜，傳導質子，并隔絕電極兩側的氣體，避免了堿性電解液所帶來的缺點。同時，PEM電解池的體積更為緊湊，結構方面零間隙，極大降低了電解池的歐姆內阻，提升了整體性能。PEM電解池的結構典型的PEM電解池主要由陽極端板、陰極端板、陰陽極擴散層、陰陽極催化層以及質子交換膜組成。其中，端板的作用是固定電解池組件，并引導電流傳遞，分配水、氣，擴散層起集流，促進氣液傳遞等作用，催化層的核心是由催化劑、電子傳導介質、質子傳導介質組成的三相界面，是電化學反應的核心場所。質子交換膜一般使用全氟磺酸膜，傳遞質子，隔絕開陰陽極生成的氣體，并阻止電子的傳遞。PEM電解水技術的優點與堿性電解水相比，PEM電解水的優勢主要在于：1.由于采用的是質子交換膜固體電解質，產生的氣體無需進行脫堿處理；2.效率高于堿性電解池；3.啟?？?，響應性好4.能適應可再能能源發電時的波動性。PEM電解水技術的缺點目前PEM電解水技術的缺點在于成本較高，主要是由于催化劑用到貴金屬鉑，成本一時難以降低，這一點與燃料電池面臨的問題是一樣的，如何降低催化劑的鉑載量或尋找新的低成本的替代材料，也是當前要研究并攻克的關鍵技術問題。
展開 可再生能源電解水制氫儲能應用前景廣闊
表1 三種典型電解制氫技術對比
由表1可以看出:堿性電解槽技術相對比較成熟，可以應用于大規模制氫，且工藝簡單，成本低，但其難以快速啟動及適應變載，無法快速調節制氫速率，與可再生能源發電適配性較差。
質子交換膜電解槽負荷范圍寬，運行更加靈活，更適用于平抑可再生能源并網的波動性，且冷啟動時間相較于堿性電解水制氫技術快一倍以上，適用于交通、航空等需要快速啟動的領域，但當前技術還未實現大的突破，難以實現大規模商業化制氫。
固體氧化物電解制氫技術應用相較前者少的多，距離規?；茪鋺蒙行柘嚓P材料和催化劑技術進一步攻關，但其能耗低、能量轉換效率高的優點將使其在未來成為主流可再生能源規模化制氫技術，因此我國應提前布局新興電解槽技術，攻關固體氧化物電解制氫技術難點。
在我國氫能市場中，堿性電解水制氫技術占據著主導地位，被更加廣泛地應用于各大型電解水制氫項目中。
近年來，因質子交換膜電解槽運行更加靈活且負載范圍寬的特性，國內新建項目逐步轉為采用質子交換膜技術耦合可再生能源發電進行規模化制氫，因此，開發新型電解槽技術，進一步提高電解水制氫效率和穩定性。
電解水制氫工藝近年來發展迅猛，不斷突破技術瓶頸，并有大批規?；?em>電解制氫項目落地，為可再生能源電解制氫技術提供了實踐支撐。目前國內可再生能源電解制氫以堿性電解水制氫技術為主，國外質子交換膜電解制氫技術應用實例較多。
加拿大20MW項目作為全球最大的質子交換膜電解水制氫項目可實現日產氫8640kg，該項目所采用的即為5MW質子交換膜電解水制氫設備。
展開 氫氣傳感器在電解水制氫出口氧中氫含量檢測中的應用
電解水制氫作為一種低碳、零排放的制氫方法，利用可再生能源產生的“綠電”和純水作為原料，被寄予厚望成為未來綠氫的主要來源。然而，盡管其前景廣闊，目前綠氫在氫氣生產總量中的占比仍然較低，受限于高昂的生產成本，特別是電價和制氫裝備成本。
電解水制氫的基本原理是在直流電的作用下將水分子解離為氫氣和氧氣。根據電解槽隔膜材料的不同，電解水制氫技術可分為堿性電解（AWE）、質子交換膜（PEM）電解和固體氧化物（SOEC）電解三種。每種技術都有其獨特的優勢和局限性。例如，PEM電解水制氫技術具有較高的安全性和效率，但成本較高；堿性電解水制氫技術則因其結構簡單、技術成熟、成本低廉而廣受歡迎，但效率和性能相對較低，且存在環境污染風險；而固體氧化物電解水制氫技術則具有更高的電化學性能和效率，但其高溫工作條件和啟動慢的劣勢限制了其應用場景。
無論采用哪種制氫方法，生產出的氫氣都需要達到一定的純度標準才能投入使用。電解水制氫產生的氫氣純度通常較高，可達99.9%以上。然而，在電解過程中，由于各種因素的影響，如電解槽缺陷、電極質量不均勻或操作條件不合適等，可能會導致產生的氧氣中混入微量氫氣。如果氫氣和氧氣的混合比率超過一定限度，就可能引發安全事故。
因此，在電解水制氫過程中，對氧氣中微量氫氣的實時監測至關重要。這就需要使用氫氣傳感器來檢測氫氣純度，確保氫氣質量達標。氫氣傳感器是一種能夠檢測氣體中氫氣濃度的儀表，具有靈敏度高、響應速度快、測量準確等優點。
在電解水制氫出口氧中氫含量的檢測中，常用的氫氣傳感器有熱導式氣體傳感器、半導體氫氣傳感器、電化學氫氣傳感器、催化燃氣氫氣傳感器等。
熱導式氣體傳感器的工作原理是通過測量微型機械加熱元件的溫度提升來確定氣體組分。對于各二元氣體混合，升高溫度與加熱功率比取決于氣體混合比。
展開 基于Fluent軟件的PEM電解水制氫仿真分析專題培訓
課程名稱：基于Fluent軟件的PEM電解水制氫仿真分析專題培訓
預排開課日期：4/18
課程難度：進階級
培訓費：2500
備注：實際開課日期或因學員報名情況進行調整，最終日期請以笛佼科技官方確認為準。
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學員能力提升目標
· 了解電解水制氫的基本原理；
· 掌握Fluent PEM電解水制氫仿真分析的流程（幾何、網格及求解設置）
授課內容提綱
一、ANSYS Fluent電解水制氫模型介紹
二、基于PEM電解水制氫幾何模型準備介紹
三、基于PEM電解水制氫網格劃分技術介紹
四、基于PEM電解水制氫Fluent模型設置詳細介紹
五、基于PEM電解水制氫Fluent后處理介紹
六、Q&A
師資力量
CAE行業資深工程師團隊，學歷碩博為主，均擁有多年客戶仿真項目實操經驗，理論素養與實戰經驗雙保險。
培訓優勢
采用線下小班精講形式，理論知識+案例講解+上機輔導，附贈培訓相關資料，可獲取講師微信課后交流。
上課地址
上海市楊浦區國安路432號保輝國際大廈D座802室
其他說明
1. 培訓計算機及相關軟件操作權限由笛佼科技現場提供；
2. 培訓結束后將獲取笛佼科技官方培訓證書；
3. 培訓午餐由笛佼科技提供，交通及住宿需學員自理。
展開 
中石油千方級堿性電解水制氫智能系統投運！
DT新能源
獲悉，8月25日，中國石油自主知識產權的千方級堿性電解水制氫智能系統在獨山子石化公司成功投入運行。
據悉，該電解水制氫示范項目，用于煉油加氫，可減少化石能源的消耗，減少二氧化碳等溫室氣體的排放，有助于實現碳達峰、碳中和要求。項目建設單位為中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司，制氫系統由中國石油深圳新能源研究院、獨山子石化公司、中國寰球工程公司、昆侖數智科技有限責任公司聯合研發。
根據獨山子石化公示的信息，中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司堿性電解水制氫系統工業試驗，項目總投資2646萬元，環保投資5.46萬元。
該項目建設地點在獨山子石化分公司煉油老區35KV北區變北側預留用地內，新建一套產氫規模為1000Nm3/h的采用堿性電解水工藝制氫試驗裝置（簡稱電解水制氫裝置），整體呈東西向布置，總占地面積 2400 m2，東側為 80 萬噸／年催化汽油加氫裝置、100萬噸/年蠟油加氫裝置，西側為預留用地，北側為預留用地，南側為 35KV 北區變。
裝置區分為兩期建設，裝置區一期占地面積為 1365 m2，裝置區二期預留用地占地面積為 1035 m2，本項目用地為一期占地。一期裝置區內各撬塊呈一字型布置，由西向東依次為：變壓器、電氣小屋、電解槽、制氫框架、純化框架、輔助設施撬塊、純水機撬塊，裝置管廊與東側系統管廊連接。
該項目將具有中石油自主知識產權的電解水制氫技術實現工業化，以利后續推廣應用。本項目的公用工程、輔助工程等依托獨山子石化現有設施。
本項目主要設備見下表。
來源：北極星氫能網
展開 全球最大電解水制氫項目亮相 化工巨頭寶豐能源 “氫”舞飛揚
氫能和燃料電池公眾號20000多人關注，歡迎加入通訊錄
中國網財經4月20日訊 寶豐能源實施的 “國家級太陽能電解水制氫 綜合示范項目”今日正式投產，成為中國首個用新能源替代化石能源真正實現 “碳中和”路徑的工業企業。
據寶豐能源氫能項目負責人王箕榮介紹，該項目引進了單套產能 1000 標方/小時的電解槽以及氣化分離器、氫氣純化等裝置系統，其先進性已達到國內先進水平。全部投產后，項目將每年可減少煤炭資源消耗 25.4 萬噸，減少二氧化碳排放約 44.5 萬噸，社會效益顯著，同時公司將積 極與科研單位開展合作，深入研究太陽能、風能的應用和氫 能的制造、儲運及多領域多場景市場化應用。
寶豐能源前瞻布局，加快企業轉型升級，啟動新能源替代化石能源發展戰略。立足源頭治理，實施國家級太陽能電解水制氫項目，通過太陽能生產綠色電能，再用綠色電能作為動力，通過電解水制取出“綠氫”和“綠氧”，用“綠氫” 替代煤作為原料，“綠氧”替代煤作為燃料，直供化工系統生產聚乙烯、聚丙烯等上百種高端化工產品，標志著寶豐能源全線啟程“碳中和”之路。
中國氣候變化特使解振華認為寶豐模式值得鼓勵和倡導，“近年來，寶豐通過大規模發展可再生能源、結合農業種植、綠色氫能制造和燃料電池重卡運輸，同時制定長期轉型和投融資計劃，逐步實現從化石能源向可再生能源和新能源轉型，這一次，寶豐又積極發起建立專業的碳中和研究院和智庫，形成基于產業鏈的碳中和轉型聯盟，從更大范圍和全生命周期角度實現碳減排，并逐步走出一條通過企業聯合行動、產學研商相結合的轉型新路子，這完全符合碳中和系統性變革的本質?！?
展開 Angew：青科大劉希恩團隊在電解水制氫領域取得新進展
導讀
近日，青島科技大學化工學院劉希恩教授團隊在電解水制氫領域取得新進展。相關研究成果以“Boosting Hydrogen Evolution Reaction byPhase Engineering andPhosphorus Doping on Ru/P-TiO2”為題，發表在Angew. Chem. Int. Ed.上。
可再生能源電力電解水制氫是最具發展前景的綠色可持續制氫技術。目前，堿性介質電解水制氫相較于酸性介質電解水制氫而言，技術相對成熟，應用更為廣泛。然而，在堿性介質中，首先需要發生水的解離產生質子，這使得HER在堿性介質中的動力學比酸性介質中低2~3個數量級。同時，根據Sabatier規則，高性能HER電催化劑應具有合適的氫吸附自由能。因此，協同優化堿性HER的水解離和氫脫附基元步驟至關重要但極具挑戰性。
本文設計制備了一種痕量磷摻雜的富氧缺陷二氧化鈦負載Ru團簇復合材料—Ru/P-TiO2。該材料在堿性介質中展現出類似于商業Pt/C的幾何活性，且質量活度比Pt/C提升了34.3倍。實驗結合理論計算研究表明，金紅石相TiO2基底相較于銳鈦礦相TiO2基底更有利于增強HER活性。金紅石TiO2表面豐富的氧空位有利于促進水的吸附和解離，而摻雜的P以P5+形式存在，取代部分Ti4+，有利于促使吸附氫從表面Ru位點溢流到表面P位點從而促進H2的形成。由此可見，相工程和磷摻雜協同提升了堿性HER活性。
該工作得到了山東省泰山學者人才工程、國家自然科學基金、山東省優秀青年基金等的資助。博士生周士正、Haeseong Jang、秦清教授為論文共同第一作者；劉希恩教授、秦清教授、劉尚果副教授、Prof. Cho為論文的共同通訊作者。青島科技大學為第一通訊單位。
展開 華南理工大學王濤/孫尉翔/童真團隊在pH響應聚電解質水凝膠領域取得新進展
聚兩性電解質水凝膠因具有寬泛可調的強度、自修復、形狀記憶以及自調節粘附等優異性能，受到了眾多學者的關注，目前已廣泛應用于藥物控釋和組織再生支架等領域。但是該凝膠仍有幾個缺點制約了其應用，如形狀記憶的刺激源較為單一、原始形狀無法自發轉變為臨時形狀、自修復時間較長等，所以，如何通過調整水凝膠的網絡結構和改變水凝膠的組分解決以上問題仍需進一步研究。
針對聚兩性電解質水凝膠的刺激源過于單一的問題，華南理工大學王濤副研究員/孫尉翔副研究員/童真教授團隊在傳統聚兩性電解質水凝膠中引入弱的陰離子單體甲基丙烯酸（MAA），實現了pH誘導的形狀記憶效應，同時，由于快速溶脹、交聯點重建、殘余變形等水凝膠在非平衡狀態的協同效應，該凝膠還具有自發驅動的行為（圖1），提供了一種能夠連續驅動的水凝膠驅動器的設計思路（Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1707245）。
圖1. 基于MAA的聚兩性電解質水凝膠的自發驅動行為
在保留可自發變形功能的前提下，為改善聚電解質水凝膠的力學強度，該團隊進一步利用弱陽離子單體甲基丙烯酸二乙氨基乙酯（DEAEMA）在酸性聚苯乙烯磺酸水溶液中制備了聚離子復合物（PIC）水凝膠（圖2），在大幅提高水凝膠力學強度的同時，實現了pH誘導的形狀記憶效應和自發驅動行為；同時，通過控制含水量，該凝膠還能夠實現信息加密的功能（Macromol. Rapid Commun. 2021, 42, 2000747）。
圖2.
展開 《Macromolecules》華南理工大學王濤/孫尉翔/童真:pH響應/形狀記憶/自增強/快修復/兩性/聚電解質水凝膠
【科研摘要】
堅韌的
兩性電解質水凝膠
由于其良好的機械強度，形狀記憶和自愈特性而備受關注。然而，傳統的堅韌的兩性電解質水凝膠僅具有鹽響應性，并且自修復通常需要很長時間或需要額外的處理。此外，在制備過程后使用期間，水凝膠的自增強對于水凝膠是必不可少的。最近，
華南理工大學
王濤副研究員
/
孫尉翔副研究員
/
童真教授
團隊將
弱陽離子單體引入到聚兩性電解質水凝膠體系中，并與強陽離子單體和強陰離子單體共聚
，使總陽離子單體與陰離子單體之間的摩爾比相等。
水凝膠可以將暫時的形狀固定在HCl溶液中，并在NaOH溶液中恢復到原始形狀。
有趣的是，通過交替浸入HCl和NaOH溶液中，水凝膠顯示出自增強的能力
，并且拉伸強度連續提高至所制備的拉伸強度的十倍，這提出了一種增強聚兩性電解質水凝膠的新策略。此外，
水凝膠僅需接觸即可在5分鐘內顯示出快速的自愈能力
，而無需任何額外的處理。因此，設計了可愈合的模擬血管和導電水凝膠裝置。具有形狀記憶，自我增強，自我修復和導電性的本發明的兩性電解質水凝膠為在可穿戴電子設備，柔性設備和軟機器人領域中開發新材料提供了一種新穎的策略。相關論文以題為
Unique Self-Reinforcing and Rapid Self-Healing Polyampholyte Hydrogels with a pH-Induced Shape Memory Effect
發表在《
Macromolecules
》上。
【科研摘要】
圖1.制備兩性電解質水凝膠的合成方法（a）和反應式（b）。
展開 新型催化劑突破電解水難題，氣態的太陽能燃料誕生了
新型催化劑突破電解水難題，氣態的太陽能燃料誕生了
如何高效地提取并保存陽光中的清潔能源一直是人類社會的難題。模仿植物的光合作用把陽光轉化成化學能源的技術早已被提出，通過陽光照射和催化劑的共同作用，科學家將水電離成氫氣和氧氣，這兩種氣體的混合物可燃、易儲存、且無污染。但該步驟中所應用的催化劑卻成本高昂，無法大規模應用。
近日，美國阿爾貢能源實驗室和哈佛大學的一項研究就在催化劑方面取得了顯赫的成就。
圖丨美國阿爾貢實驗室化學家Dugan Hayes, Lin Chen, 以及 Ryan Hadt找到了一種能夠通過含鈷催化劑加速水電解的過程。含鈷催化劑相對而言較便宜，而且可以在產生清潔能源的步驟中代替現存的貴金屬催化劑
該團隊把鈷元素用在了催化步驟中，鈷在大自然中相對豐富，成本也相對低廉。在相應的情況下，它能像氫原子和氧原子的舞伴一樣為這一場“電子舞蹈”牽線搭橋。
“事實上，我們能通過鈷看到反應發生的瞬間片段，而非一個模糊的化學變化。在交換電子的時間尺度上定義催化劑的性質是非常重要的?！?“含鈷催化劑是如人工樹葉等材料的活性成分，我們能用這種材料合成太陽能燃料?！痹撜撐牡牡谝蛔髡咧?，阿爾貢研究員 Ryan Hadt 表示。
電解水反應大體上能被分為兩部分。研究者們主要專注于第一部分，也就是水的氧化。這一過程需要轉化四個質子和四個電子，并在兩個氧原子之間形成共價鍵，于是就必須有一個其他的原子與氧原子臨時成鍵，這就是我們所需的含鈷催化劑。
該反應之所以值得研究，是因為鈷與氧成鍵的過程發生在少于十億分之一秒之內。為了弄明白這一過程，科學家使用了阿爾貢實驗室光子源的X射線吸收光譜進行了詳細測量。
展開 北京林業大學楊俊團隊《ACS Nano》：自催化納米纖維素增強體系構建新型“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質
水凝膠電解質基柔性鋅離子混合電容器（ZIHCs）由于其集成了鋅電池和電容器的互補優勢，正逐漸成為一種新興的、極具潛力的儲能設備。然而，鋅離子混合電容器仍面臨著能量密度和循環壽命之間失衡和鋅負極枝結晶的問題。與此同時，如何實現高性能的水凝膠電解質仍然存在一些挑戰：1）繁瑣的制備過程，需要長時間的高溫加熱（60-90 °C，超過2 h）、紫外線照射或有毒的促凝劑；2）性能不足，如力學強度低、粘接能力弱、低溫適應性差。因此，迫切需要設計一種簡便高效的方法制備具有優異機械穩定性的自粘和防凍型水凝膠電解質，從而滿足柔性鋅離子混合電容器在嚴苛的環境下工作。
鑒于此，北京林業大學楊俊團隊在前期研究的基礎上（Chem. Mater. 2018, 30, 3110?3121；ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 56509?56521），設計了一種基于“單寧酸-金屬離子”自催化效果的納米增強體系。該體系能夠在室溫下幾分鐘內制備出一種新型的抗凍粘附“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質，極大地延長了柔性鋅離子混合電容器循環壽命（100000圈），并有效地抑制了鋅負極枝結晶的形成。進一步研究發現，組裝的鋅離子混合電容器在電化學性能和機械性能方面均表現出優異的低溫適應性，能夠在冰水浴和真空條件等嚴苛環境下正常工作。
展開 
電解水制氫、氫氣發電的能量轉移邏輯
1、水電解制氫
水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽陽極和陰極析出。根據電解槽隔膜材料的不同，通常將水電解制氫分為堿性水電解（AE）、質子交換膜（PEM）水電解以及高溫固體氧化物水電解（SOEC）。國內目前有中科院大連化學物理研究所、中船重工集團718研究所等單位開展PEM水電解制氫技術研究，都尚處于研發階段。
1.1、堿性水電解制氫
堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成，起分離氣體的作用。陰極、陽極主要由金屬合金組成，如Ni-Mo合金等，分解水產生氫氣和氧氣。工業上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液，質量分數20%~30%，電解槽操作溫度70~80℃，工作電流密度約0.25 A/cm2，產生氣體壓力0.1~3.0 MPa，總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術成熟，投資、運行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。水電解槽制氫設備開發是國內外堿性水電解制氫研究熱點。
1.2、PEM水電解制氫
區別于堿性水電解制氫，PEM水電解制氫選用具有良好化學穩定性、質子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質子交換膜作為固體電解質替代石棉膜，能有效阻止電子傳遞，提高電解槽安全性。
PEM水電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中擴散層、催化層與質子交換膜組成膜電極，是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所，膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。
展開 干貨分享│煉化企業制氫方式都有哪些？哪種最劃算？
3
電解水制氫
電解水制氫方法根據電解質的種類不同，可分為堿性電解水制氫、質子交換膜電解水制氫和固體氧化物電解水制氫等。堿性電解水技術已經在國內商業化應用，為替代石棉隔膜，中船重工第七一八研究所等研究機構開展了堿性陰離子交換膜電解水制氫技術的研究，相較于傳統堿性電解水技術，采用非貴金屬催化劑，成本較低、可達到更高的電解電流密度，大幅縮小電解槽體積，是未來電解水技術的重要發展方向之一。與堿性電解水相比，質子交換膜技術顯著減小了電解槽尺寸和重量，電流密度更大，對電源的波動適應性更好，是比較理想的新能源制氫技術，缺點是催化劑為貴金屬和較高的投資成本。固體氧化物電解水技術是近年來研究較多的電解水技術，由于采用高溫電解，電解所需的焓變低于低溫電解技術，因此效率高于質子交換膜(PEM)純水電解，且具有可逆的潛力，但固體氧化物電解水技術尚處于實驗室研發階段。不同電解水制氫技術的比較見表1。
電解水制氫具有綠色環保、生產靈活、純度高等特點，但其單位能耗相對于其他制氫方式較高，氫氣制取成本受電價的影響較大。
幾種制氫工藝的經濟性比較
1
工業副產氫成本分析
由于氫氣在氯堿生產、PDH和乙烷裂解工藝中并非首要產物，僅考慮其原料消耗和少量制造費用，以及氫氣提純成本，測算的副產氣體用于燃料氫的綜合成本為5~6元/kg。工業副產氫可為氫能產業發展初期提供低成本、分布式氫源。
2
化石原料制氫成本分析
從成本方面對煤制氫和天然氣制氫進行分析，成本的比較如表2所示。
展開 碳中和|電解海水制氫的機遇
光合細菌產氫是通過光裂解有機酸完成的，而不是簡單地光解水。光合產氫途徑是在固氮酶或氫酶催化下，將光合磷酸化與還原性物質代謝耦連，利用吸收的光能與代謝產生的還原力產生氫氣的一種過程。
二、直接電解海水的機遇與挑戰
電解水制氫技術比較傳統化石能源制氫技術仍然不夠成熟，現在電解水制氫技術整套機制最大的劣勢在于成本。但電解水制氫具有工藝簡單、無污染、產出氫氣純度高等優勢，能夠很好地與可再生能源結合，達到大幅度降低制氫成本的效果[9]。目前，電解淡水制氫已經被廣泛使用，但是淡水儲量在地球上所有水資源中只占2.53%，且淡水中有極大一部分儲存在冰山、冰川中，其難以被人類利用，據調查，能被人類利用的淡水只占淡水總儲量的0.3%。
大力發展電解海水制氫工業，再結合我國沿海相對成熟的海上風電系統，可以實現相對完善的氫能大規模、無污染的制取工業。電解水制氫技術主要有堿性水電解制氫技術、質子交換膜水電解制氫技術和固體氧化物水電解制氫技術。目前美國、日韓和歐洲均將電解水制氫技術視為未來能源技術的主流發展方向，主要聚焦將堿性水電解制氫技術規?；蛯①|子交換膜水電解制氫技術產業化，重點圍繞該技術的“電解效率”“耐久性”和“設備成本”三個關鍵降本性能指標來推進整體技術研發。
① 電解水制氫原理
。電解水的基本原理是以電能作為能量來源，推動水分子在電極上發生電化學反應，生成氫氣和氧氣。圖1形象地解釋了電解水制氫的原理。
展開 北海道大學龔劍萍教授團隊：利用微電極技術探究新型“雜化聚電解質”水凝膠中的陽離子-π作用
北海道大學龔劍萍教授研究團隊利用陽離子-π作用形成的交聯型聚(陽離子-π)水凝膠作為模型體系，使用微電極技術(MET)定量研究小分子金屬離子和聚陽離子與苯基之間的陽離子-π作用，對金屬陽離子在聚(陽離子-π)水凝膠中與相鄰聚陽離子的競爭作用機理進行了探討。他們合成了一系列不同組成成分的聚(陽離子-π)水凝膠P（ATAC-adj-PEA），以及無芳香基團的P（ATAC-adj-MEA）凝膠和P（ATAC）電解質凝膠作為對照樣品。盡管成分中含有高達50%的疏水單元，聚(陽離子-π)水凝膠P（ATAC-adj-PEA）在高濃度鹽溶液中可以形成物理水凝膠。其原因在于鹽屏蔽聚合物鏈上的遠程靜電排斥力，而鏈內和鏈間之間形成的陽離子-π相互作用可以充當網絡結構的交聯點。該團隊利用MET技術系統測定水凝膠在不同離子強度的NaCl（10-4 - 1.0 M)溶液中的Donnan電勢，從而定量計算出水凝膠中抗衡離子（Cl-）的活度系數，以及金屬陽離子(Na+)與聚合物網絡中苯基殘基的結合比。研究發現，金屬陽離子與聚合物上苯環官能團的結合能力隨著鹽濃度的增加而增強。在鹽濃度為0.05 M時，Na+/苯基的結合比例達到最大值 ~ 1.5。當進一步增加NaCl濃度時，金屬離子與苯基的結合能力開始下降。
陽離子-π作用是一種存在于陽離子和芳香體系之間的一種新型分子間作用。它們廣泛存在于生物體系中，在分子識別和黏附、蛋白質和核酸的結構與功能等方面起著十分重要的作用。然而，由于缺少合適的模型體系和實驗技術，對溶液環境中的陽離子-π作用的實驗研究工作，依舊非常有限。最近，北海道大學龔劍萍教授團隊設計了一系列具有陽離子/芳香基相鄰結構的新型“雜化聚電解質”共聚物。
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