一步法工艺简化了水电解的电极制造

韩国材料科学研究所SungMookChoi博士领导的研究小组在韩国首次开发出一步式电极制造工艺。该项研究发表在《应用能源》杂志上。

该工艺直接从原材料生产出电极，这是阴离子交换膜水电解的关键部件，达到可量产的水平。该团队成功地将此工艺应用于商业规模的阴离子交换膜水电解器堆栈。

该技术采用一步热压工艺，将氢氧化钴转化为氧化钴催化剂，同时形成高度均匀的催化剂层。该方法以单一涂覆步骤取代现有工艺的复杂步骤(氢氧化物-氧化物-粉碎-分散-涂覆-干燥)。

此项成果与传统方法相比，简化了60%的工艺流程，并能够形成均匀的催化剂层。此外，还证实了氢气生产效率和连续运行期间的耐久性得到显著提高。

为了优化一步电极制造工艺，研究团队通过精心控制氢氧化钴(Co)浆料的条件以及温度和压力(热压工艺中的关键因素)，成功制造出由均匀氧化物颗粒组成的催化剂层，每个颗粒的大小为10纳米。

此外，还利用所开发的电极制作了包含阴离子交换膜和析氢催化​​剂的膜电极组件(MEA)，并在商业规模的水电解池中确认了其稳定性和性能。

阴离子交换膜水电解堆示意图(左)和长期耐久性测试(右)。图片来源：韩国材料科学研究所(KIMS)

通过将开发的电极应用于阴离子交换膜水电解系统，该团队证明了实现稳定的阴离子交换膜水电解的可能性，具有较高的氢气生成效率(基于低比热值约为80%)和较低的降解率(连续运行1,000小时，每千瓦时2毫伏)。

预计到2030年，水电解绿色氢气产量将达到1100万吨和69吉瓦的产能。韩国正在努力开发到2024年展示兆瓦级阴离子交换膜水电解系统的技术，目标是到2030年实现该系统商业化。

目前，国内阴膜水电解技术水平约为国际先进水平的70-80%，需要在相关领域进行大量投入，亟待掌握核心原创技术并实现国产化。

通过该技术的开发，有望确保可量产的电极制造工序的源头技术，从而确保相关技术的全球优势，实现水电解技术的国产化，开创并主导海外水电解市场。

首席研究员SungMookChoi博士表示：“通过开发一种具有高工艺可靠性的一步式热压电极制造工艺，我们解决了与阴离子交换膜水电解商业化相关的关键挑战之一。

“如果这项技术得以应用，我们预计阴离子交换膜水电解将可以实现大规模生产，从而大大降低单位成本。”

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