"太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的電力供應往往存在波動(dòng)性，這使得大規模、短期或長(cháng)期的儲能解決方案顯得尤為關(guān)鍵，對于穩定整個(gè)電力系統具有重要的價(jià)值。盡管AWE（堿性電解制氫系統）系統因其成本效益、長(cháng)期穩定性以及可擴展性而受到廣泛關(guān)注，但其仍受到可再生能源間歇性供電所帶來(lái)的負荷波動(dòng)限制，這無(wú)疑為它的應用前景帶來(lái)了不小的挑戰。特別是在A(yíng)WE系統因負載波動(dòng)而關(guān)閉期間，反向電流（RC：Reverse-Current）"現象導致的催化劑瞬態(tài)穩定性是最難解決的制約因素之一。 在 AWE 系統運行期間（如下圖 a 所示），陽(yáng)極和陰極之間的電位差、通過(guò)雙極板的電子（e^-）路徑和通過(guò)歧管的氫氧根離子(OH^-)路徑會(huì )引發(fā)逆向電流 (RC）。

b) 關(guān)機后反向電流現象的詳細機理。

特別指出的是，由于歧管的存在，在 AWE電解槽中特別容易出現這種逆流現象。而在 PEMWE 中，由于沒(méi)有離子路徑，這種現象就不會(huì )出現。具體來(lái)說(shuō)，在正常情況下，陰極和陽(yáng)極分別處于還原環(huán)境（由 H₂ 和還原物質(zhì)組成）和氧化環(huán)境（由 O₂ 和氧化物質(zhì)組成）。當 AWE 停止時(shí)，陰極上的還原物質(zhì)和陽(yáng)極上的氧化物質(zhì)通過(guò)雙極板產(chǎn)生電連接。在 AWE 系統中，用于循環(huán)電解質(zhì)溶液的歧管會(huì )誘發(fā)額外離子路徑的形成，從而形成 "原電池 "并啟動(dòng)自發(fā)自放電過(guò)程。(如上圖 b）這一過(guò)程導致部分電流流向與正常電解電流相反的方向，從而分別導致陰極的氧化和陽(yáng)極的還原。逆向電流RC 持續流動(dòng)，直到兩個(gè)電極之間建立起電位平衡，最終也會(huì )導致 AWE電解槽性能下降。AWE系統作為可再生能源間歇性功率波動(dòng)的儲能裝置時(shí)，其耐久性問(wèn)題尤為明顯。鑒于可再生能源的特性，其功率輸出時(shí)常出現波動(dòng)，這就給AWE系統的穩定運行帶來(lái)了巨大挑戰。因此，如何有效減輕RC現象所帶來(lái)的耐久性問(wèn)題，成為了確保AWE系統在大規模儲能應用中可靠運行的關(guān)鍵。

在 RC 現象中，陽(yáng)極還原的影響可以忽略不計。相反，OER 催化劑的間歇性還原會(huì )對其催化活性產(chǎn)生修復作用，從而提高催化劑的整體耐用性。相反，RC 現象造成的陰極氧化可能會(huì )導致催化劑鈍化或溶解，從而導致催化性能?chē)乐叵陆?。特別是，如果在鎳基電極上施加相對于 RHE（Reversible Hydrogen Electrode,縮寫(xiě)為RHE，稱(chēng)為可逆氫參比電極） 超過(guò) 0.6 V 的電位，就會(huì )形成不可逆的氫氧化物或氧化物相（如 β-Ni(OH)₂ 和 NiO），導致 HER 催化活性下降。

一些前沿研究已經(jīng)探索出基于系統工程的巧妙策略，旨在解決AWE電解槽關(guān)閉后HER催化劑降解的棘手問(wèn)題。其中，極化整流器的運用被視為一種潛在有效的手段，用以減輕RC現象所帶來(lái)的不利影響。不僅如此，為了守護陰極催化劑層免遭RC流的侵襲，研究者們還提出了在適當高度上施加額外陰極電位的策略。更為引人矚目的是，一種系統化的方法（陰極保護法），也在研究中脫穎而出。該方法巧妙地利用陽(yáng)極與陰極的連接，讓犧牲陽(yáng)極代替陰極材料溶解，從而防止電極因RC現象而退化。這些創(chuàng )新策略為HER催化劑的穩定性和耐久性提供了新的可能。

雖然這些系統級解決方案是有效的，但它們會(huì )對整個(gè)系統的平衡產(chǎn)生負面影響，需要額外的設施，從而增加運營(yíng)成本。因此，采用以材料為基礎的方法是至關(guān)重要的，這種方法可以在不需要補充設施的情況下減輕降解。然而，很少有基于材料的解決方案被開(kāi)發(fā)用于防止由于RC流動(dòng)導致的催化劑降解。

逆流(RC)引起的陰極催化層性能退化值得探索！

來(lái)源：氫眼所見(jiàn)

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