镍基碱性安培级析氢电极研究获进展

碱性水电解制氢被认为是最具产业化潜力的绿氢制备路线之一，而在大电流密度条件下，剧烈气泡析出、局部传质受阻及催化层脱落等问题，制约了电极效率与长期稳定性。因此，构建兼具高活性、高传质效率和高结构稳定性的析氢电极，是推动高效绿氢装备发展的关键。

近日，中国科学院上海高等研究院在碱性大电流密度析氢电极研究方面取得进展。团队围绕纳米孔氢气限域—气泡管理—多相传质之间的耦合关系，开发出一种整体式纯镍相电极。该电极通过结构化成型与原位热转化相结合，在保持整体机械强度的同时原位生成活性镍纳米结构，避免了传统喷涂型析氢电极中常见的界面电阻、活性层堵塞和催化剂脱落等问题，为安培级碱性水电解制氢提供了新的电极设计思路。

机制研究表明，镍电极的高性能主要源于活性结构原位生成与气液传质通道优化的协同作用。原位形成的镍纳米结构可提升析氢活性并增强结构稳定性；同时，过度纳米孔化会阻碍氢气释放，说明高电流密度析氢电极需在活性位点暴露与气体快速脱附之间取得平衡。所引入的毛细仿生微通道可加速气泡输运和电解液补给，从而缓解安培级析氢过程中的传质限制。

经过结构优化，所得Ni MCE-1.0电极在碱性析氢反应中展现出优异性能：在1.0 M KOH中，电流密度达到1200 mA cm-2 时，过电位仅为225 mV；在1500 mA cm-2的超高电流密度下可连续稳定运行超过400小时，电压衰减率低至0.32 mV h-1。长时运行后，电极纳米结构和孔道形貌仍保持稳定，展现出良好的安培级碱性制氢应用潜力。

该研究面向碱性水电解制氢实际工况，通过整体式纯镍电极的多尺度结构设计，缓解了大电流密度下析氢动力学与物质传递之间的矛盾，揭示了多尺度结构与析氢性能之间的构效关系。这一成果为高性能、长寿命碱性析氢电极的开发提供了新策略，也为工业级绿氢装备中电极结构与气液传质协同设计提供了参考。

相关研究成果发表在Applied Catalysis B: Environment and Energy上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。

毛细仿生多尺度镍电极的设计理念及碱性析氢工作机制