苏州大学副校长沈明荣：光储氢时代，催化剂如何扛住风光波动？

近日，在天合元氢主办的光储氢一体化技术研讨会上，苏州大学副校长沈明荣教授带来《复杂运行工况下高性能碱性电解水制氢催化材料研究》主题分享，围绕风光耦合制氢场景痛点，分享新一代电化学沉积雷尼镍电极的研发与产业化实践，为光储氢场景电解材料迭代提供产学研视角。

风光大基地蓬勃建设，光储氢一体化成为绿氢规模化落地的核心路径。但风光发电固有的间歇性、波动性，给碱性电解水制氢装备提出全新考验。频繁启停、负荷宽幅波动、电解液杂质侵扰，传统催化材料在真实工程工况下寿命快速衰减，成为制约绿氢平价的一大卡脖子难题。

光储氢新工况 传统雷尼镍面临双重困境

传统等离子喷涂雷尼镍，凭借原材料廉价、喷涂工艺工业化成熟、孔隙率高的优势，长期作为碱性电解槽主流阴极催化材料。铝相被腐蚀去除后，材料内部形成大量多孔结构，获得较高比表面积，在稳定连续运行工况中可以表现出不错的析氢活性。可这套成熟方案，面对风光发电带来的波动运行场景，短板被充分暴露。

风光耦合制氢，行业需求已经从 “稳态高效长寿” 转向动态抗扰耐疲劳。电极需要承受宽幅负荷波动、高频启停、气泡剧烈冲刷、温度反复冷热切换。频繁启停会诱发反向电流，催化剂交替经历还原、氧化循环，造成活性组分溶解流失；析氢速率剧烈变化，气泡反复生成脱落持续冲刷涂层，极易引发涂层剥落；温度循环产生热应力，催生材料微裂纹，破坏涂层与基体结合界面。化学劣化、物理冲刷、力学损伤三重损伤叠加，加速电极失效。

除工况冲击之外，电解液金属杂质毒化是工业现场另一大痛点。团队联合海外专家开展研究证实，铁离子杂质对不同性能电极的影响截然不同：普通活性雷尼镍中，铁离子可带来一定的催化增益；但高性能催化电极一旦被铁离子沉积覆盖活性位点、堵塞孔道，性能会显著下滑。拆机数据显示，受铁杂质污染后，析氢过电位可从300mV升高至370mV，直接抬高制氢能耗。传统热喷涂雷尼镍开放多孔结构，极易让铁离子渗入材料内部，造成不可逆损害。

另辟蹊径 电化学沉积打造新一代雷尼镍电极

“自2020年起，课题组所有研究全部面向产业化，实验室每一步探索，都要思考如何落地工业应用。” 沈明荣团队坚持稳定性第一的研发思路，跳出行业惯用的等离子喷涂路线，选择电化学沉积技术开发新一代雷尼镍催化电极。

电化学沉积通过电场驱动，让金属原子在基底表面逐层还原生长，带来多重先天优势。原子级的冶金结合，让涂层与基体结合力大幅增强，有效抵御气泡冲刷与冷热循环带来的热应力，降低涂层剥离风险；涂层厚度可控，相比传统雷尼镍厚度降低一个数量级；制备流程短、原材料利用率高，已经实现1.86m×1.86m超大尺寸电极量产，累计产出上万片样品，开展多轮工程验证。

在活性设计上，跳出传统雷尼镍单纯依靠金属镍的局限，采用二元及多元合金化策略。镍本身裂解水分子能力有限，通过引入磷、锡等元素调控电子结构，提升材料本征催化活性；再通过脱合金处理，溶出部分金属构建多孔结构，实现 “高本征活性+高比表面积” 双重增益。材料微观结构呈近乎垂直生长，气液流通通道通畅，帮助气泡快速脱附，减少气泡滞留造成的物理破坏。

针对铁离子毒化难题，团队采用 “化学改性+物理阻隔” 的双重思路：通过亲水表面修饰，依靠极性排斥减少杂质吸附；设计选择性渗透层，依靠孔道筛分阻挡铁离子等有害杂质侵入电极内部。对比实验可见，传统雷尼镍运行3天就出现明显杂质覆盖，新一代电极运行6天，表面杂质沉积仍保持较低水平。

实证为王 从实验室走向项目现场

氢能材料不能只看实验室小试的优异数据，必须经受真实工况的严苛检验。团队搭建了一套完整的多维度稳定性评价体系，不局限于常规电化学表征，建立超声剥离测试、万次级别频繁启停加速老化测试，搭建从小试、中试到大槽的多尺度电解槽实测平台。

机械稳定性超声测试结果显示，新一代电极失重率比商用传统雷尼镍低一个数量级；恒流、数万次启停加速老化测试中，电压衰减速率显著优于市面主流商用产品。相关材料已在1000标方级别电解槽短堆开展示范应用，最优案例已经连续稳定运行超3年，性能基本维持初始状态。

“绿氢产业一定要重视实证，盲目推进会付出高昂代价。” 沈明荣提到，科研成果不能停留在论文，需要高校与企业工程平台深度协同，打通样品、中试到规模化量产全链条。

光储氢一体化浪潮之下，电解槽评价逻辑正在改变，耐波动、抗启停、抗杂质、长寿命，已经成为催化电极核心指标。催化电极作为电解槽的 “心脏”，材料迭代的一小步，就是绿氢降本的一大步。产学研持续攻坚核心材料，才能让电解装备适配风光的阴晴变幻，助力绿氢大规模商业化落地。