海洋能源网获悉，2025年6月3日，谢和平院士团队在国际能源环境领域顶级期刊《Energy & Environmental Science》(EES，影响因子 34.6)发表最新研究成果 “A gel electrolyte - based direct seawater electrolysis”，为海水直接制氢技术的发展带来重大突破。该研究以四川大学与深圳大学为共同第一单位，针对波动海浪环境下海水直接制氢的长期稳定性难题，创新性地提出了基于凝胶电解质的相变迁移海水直接制氢原理与技术，为实现“向大海要绿氢”的目标再添关键助力。
一、研究背景与挑战
可再生能源耦合海水直接电解制氢被认为是解决深远海风电大规模消纳难题的关键。然而，海水成分极其复杂，含有大量离子和杂质，这使得电解系统容易受到腐蚀，催化剂也容易失活，从而限制了海水直接电解制氢技术的规模化应用。自 20 世纪 70 年代科学家首次提出“海水直接电解制氢”的构想以来，如何实现“高效、稳定”的规模化应用一直是该领域的瓶颈问题。
二、创新技术发展历程
2022年，谢和平院士团队在《Nature》杂志上发表研究论文(Nature, 2022, 612(7941): 673 - 678.)，开辟了“力学机制驱动的相变迁移”海水原位直接电解制氢全新路径。这一技术首次实现了无需淡化、无需预处理、无额外能耗的海水原位直接电解制氢，成功破解了海水电解制氢领域的半世纪难题。
2023年5月，谢和平院士团队与东方电气集团合作，打造了全球首个海上风电海水无淡化原位直接电解制氢示范项目。该项目在 3 - 8 级海风和 0.3 - 0.9 米海浪的复杂海洋环境下稳定运行，填补了复杂海洋环境下工程应用的空白(Nature Communications, 2024, 15(1): 5305/ 15(1): 8874.)。
三、凝胶电解质技术突破
为了进一步应对真实海洋环境中不可控海浪波动对电解系统的长期冲击与机械扰动，谢和平院士团队基于相变迁移机制，创新研发了多功能凝胶电解质核心材料。这种材料兼具高效水迁移、高离子电导率和力学强韧特性，通过冷冻 - 离子调控技术实现一体化制备。
(一)技术性能与优势
- 高效水迁移：凝胶电解质能够高效地从海水中吸收水分，无需额外的淡化或预处理步骤。
- 高离子电导率：凝胶电解质具有高离子电导率，能够有效支持电解反应的进行。
- 力学强韧特性：凝胶电解质具有良好的力学性能，能够适应复杂的海洋环境，抵抗海浪波动带来的机械扰动。
(二)实验验证
在实验中，使用真实海水(无需淡化与预处理)，在 250 mA/cm²电流密度下，该系统稳定运行超过 400 小时，凝胶电解质、防水透气界面与催化剂均保持稳定。此外，团队还搭建了 1045 mL H₂/h 的规模化系统，在自然流动的河流中以太阳能供电稳定运行 20 小时，成功验证了“可再生能源 + 自然水体”的耦合制氢模式。
(三)拓展潜力
凝胶电解质在大尺寸制备(45×35 cm²)和大电流密度(1 A cm⁻²)场景下同样表现出优异的拓展潜力，显示出其在大规模应用中的可行性。
四、研究意义与前景
该研究首次从电解质材料层面完善了复杂海洋环境下相变迁移制氢的理论与技术框架，是谢和平院士“海水无淡化原位制氢”创新体系的又一重要突破。这一成果为打造中国科学家原创的无淡化、无额外催化剂工程、无海水输运、无污染处理、无额外能耗海水原位直接电解制氢全新“海洋绿氢”模式奠定了关键材料基础，有望形成中国科学家原创的多能互补“海洋绿氢”全球新兴战略产业新赛道。
这一创新技术不仅为解决深远海风电大规模消纳难题提供了新的思路，也为全球能源转型和可持续发展提供了新的技术路径和解决方案。
论文链接：[https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee00453e](https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee00453e)
