能源是现代社会运行的基础，也是推动产业变革和科技进步的重要支撑。在全球能源结构加速转型、新型电力系统加快建设的背景下，如何更高效地消纳风电、光伏等波动性新能源，已成为能源科技创新必须回答的重要课题。氢能作为清洁低碳、应用广泛的二次能源，正在成为连接可再生能源与工业、交通、储能等多元场景的重要载体。电解水制氢由此受到广泛关注，而碱液电解槽因其大容量、低成本等优势，被认为是推动绿氢规模化发展的关键装备之一。
近日，国际著名学术期刊《焦耳》（《Joule》）发表了浙江大学电气工程学院韦巍、夏杨红团队的研究成果——《基于时序电位诱导调控的碱液电解槽耐波动延寿方法》（“Temporal potential-induced regulation for extending alkaline electrolyzer lifespan under power fluctuations”），通过新型制氢电源及其控制技术有效解决了波动工况下碱液电解槽产氢侧催化剂腐蚀剥落的难题，有望指导行业制氢电源研发。
细胞出版社《焦耳》7月6号刊
电解水制氢是促进大规模新能源消纳的重要手段，碱液电解槽是新能源电解水制氢的关键装备，具有大容量、低成本的优点。然而，新能源具有显著的间歇性和波动性，碱液电解槽需频繁启停机以适应宽范围功率波动，停机时电解槽内部产生的反向电流将腐蚀电极，引发催化剂变性剥落，从而加速碱液电解槽寿命衰减。迄今为止，大多数研究都致力于研究耐波动性催化剂或添加牺牲金属，以改善碱液电解槽的耐波动性，然而开发面向大容量碱液制氢的新型电极材料替代原有电极材料，仍面临研发周期长、成本高昂等困难，难以实现快速大规模推广应用。
论文所提出的时序电位诱导调控方法
该研究涉及电气-材料-控制等多学科交叉，研究团队由浙江大学电气工程学院、浙江大学氢能研究院等组成并长期开展跨学科合作研究。通过对碱液电解槽寿命衰减机理的深入研究，发现了反向电流过程中阴极电位变化的非线性时序机制，厘清了阴极催化剂的失效机理，并创造性的提出了应对反向电流的新方法：时序电位诱导调控方法（TPIR）。该方法基于电力电子功率变换器，采用时序电位诱导控制算法，在停机过程阶段精准调控阴极化学反应，在阴极金属镍发生氧化前采取阻断措施，阻止反向电流“侵蚀”阴极，从而抑制金属镍向高价态氢氧化物的转化，有效保护了阴极催化剂，极大缓解波动工况下碱液电解槽的寿命衰减问题，使得碱液电解槽服役寿命得以大幅延长。此外，基于波动功率输入下碱液电解槽的寿命衰退机理，针对性的设计了面向大容量碱液电解槽的加速寿命测试协议（ADT），为快速评估波动工况下大容量碱液电解槽服役寿命提供了新的思路，具有重要的参考价值与指导意义。
所提方法验证及性能对比结果
实验结果表明，所提方法可以有效阻断阴极金属Ni向Ni(OH)₂及NiOOH的相变，且对碱液电解槽的阳极无明显影响，在1000h+的加速寿命测试实验下，小型电解槽与工业电解槽的电压衰减率分别降低9.09%和5.87%，证明了所提时序电位诱导方法的有效性和优越性。由于该方法只需改变制氢电源的供电方式即可实现，无需改变电解槽的槽体结构和电极材料，因此在未来具有大规模推广应用的良好前景，对促进大规模新能源碱液电解水制氢的发展具有重要意义。
该成果也体现了学院面向能源变革持续拓展研究边界的鲜明特点。长期以来，浙江大学电气工程学院围绕新型电力系统、新能源高效利用、氢能与储能技术等前沿方向，持续推动电气工程与材料、信息、生物等领域的深度交叉。此次研究从电力电子功率变换器和控制算法出发，回应碱液电解槽材料失效与寿命衰减问题，正是电气学科服务绿色能源发展的生动体现。未来，学院将继续面向国家重大能源需求，在交叉融合中凝练科学问题，在协同创新中推动关键技术突破，为构建清洁低碳、安全高效的能源体系贡献更多电气智慧。
再次祝贺韦巍、夏杨红老师团队！
引文信息
Y. Xia, H. Cheng, J. Wang, Y. Jia, Y. Li, S. Dou, W. Wei. Temporal potential-induced regulation for extending alkaline electrolyzer lifespan under power fluctuations. Joule 102543 (2026).
