综述：直接海水电解制氢（DSWEL）的系统设计组件与进展综述

这篇综述系统探讨了直接海水电解（DSWEL）技术的最新进展，聚焦于解决高氯环境下的腐蚀、系统稳定性及效率问题。通过评述先进电催化剂（如抗ClER材料）、电解槽组件设计（如双极膜架构）及系统集成策略，为绿色氢能（H2 ）的可持续生产提供了关键技术路径，尤其适用于缺水地区的离岸可再生能源（RES）耦合场景。

　　

海水电解的挑战

海水电解（DSWEL）面临的核心难题源于其复杂成分，包括3.5%的盐度（主要为NaCl）及Ca²⁺
、Mg²⁺
等杂质离子。这些成分不仅引发氯析出反应（ClER），竞争性消耗析氧反应（OER）的活性位点，还会形成不溶性沉淀（如CaCO₃
）堵塞电极孔隙。微生物和沉积物进一步加剧系统污染，导致电催化剂（如Pt/Ir基材料）失活。

热力学与反应机制

理论上，海水分解需克服1.23 V的热力学势垒，但实际电压更高（常达1.8–2.0 V），因ClER（1.49 V vs. RHE）与OER的竞争显著。碱性条件下，OH^?
优先吸附可抑制ClER，但高pH加速Mg(OH)₂
沉淀。酸性介质虽减少沉淀，却加剧设备腐蚀。

电解槽组件创新

电催化剂设计：非贵金属催化剂（如NiFe-LDH）通过调控d带中心提升OER选择性，而MoS₂
/石墨烯异质结增强HER活性。抗氯腐蚀的RuO₂
@TiO₂
核壳结构通过界面电子转移阻断Cl^?
渗透。
离子选择性膜：双极膜（BPM）实现H⁺
/OH^?
定向传输，减少Ca²⁺
迁移；磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜则通过负电荷排斥Cl^?
。

系统架构突破

模块化电解槽采用分级预处理（微滤+紫外杀菌）降低生物污染。离岸浮动式DSWEL装置直接耦合风电，利用海水高电导率（5 S m^?1
）降低能耗。

未来展望

需开发原位沉淀清除技术及自适应控制系统以应对海水成分波动。大规模部署仍需解决材料成本与寿命的平衡问题，但DSWEL与RES的协同为实现零碳氢经济提供了可行路径。