中国科学院合肥物质科学研究院陈昌伦研究员团队与合作者研制出先进的钴掺杂氢氧化镍双极电极和非贵金属催化剂，显著提高了两步水电解制氢的效率和稳定性。

研究结果发表在《化学工程杂志》和《胶体与界面科学杂志》上。

传统碱性电解槽面临与波动的可再生能源不匹配、高压下氢氧混合等问题，限制了其应用。两步水电解通过使用双极电极在时间和空间上完全分离氢气和氧气的产生，无需使用昂贵的膜分离器，从而克服了这些问题。

关键在于开发高性能双极电极材料和高效的电池设计，但常用的氢氧化镍电极在电缓冲能力和充放电稳定性方面存在局限性。

研究人员采用一步电沉积法在碳布上制备了钴掺杂的柔性氢氧化镍双极电极，钴掺杂提高了导电性和电子存储性能，并防止了制氢过程中寄生氧的产生。

他们还开发了非贵金属催化剂，包括钼掺杂的镍钴磷化物和等离子体诱导的铁复合钴氧化物双功能电极，表现出较高的耐久性和活性。这些电极通过切换电流方向，实现在不同时间和位置产生氢气和氧气，从而实现低电池电压、高去耦效率和高能量转换效率。

针对层状双氢氧化物(LDH)电极容量有限、导电性/稳定性较差等问题，研究人员利用非热等离子体技术制备了氮掺杂镍钴LDH和氮掺杂还原氧化石墨烯/镍钴LDH电极，显著提高了容量和导电性。

两步水电解法有望应用于大规模储氢以及5G基站、数据中心等应用。陈昌伦教授表示：“我们的两步水电解制氢技术性能指标与国际先进水平同步，迈出了产业化的重要一步。”