中国储能网讯：碱性电解槽是未来大规模可再生能源电解水制氢的关键装备，具有低成本、大容量等优点。然而其在低载工况下运行时，会出现反应一致性差、产气纯度差、产氢效率低等问题，因此其运行范围较窄，约为40%-100%功率，无法匹配新能源的波动性。波动性可再生能源电解制氢时，碱性电解槽需频繁启停机以适应波动性输入功率，这将加速电解槽寿命衰减，严重限制了大规模可再生能源制氢的进一步发展。

  浙大电气韦巍、夏杨红团队发现了碱性电解槽的电流聚束效应及其相关现象，揭示了电流聚束效应的内在机理，并提出了多模态自寻优电解制氢变流控制方法以克服电流聚束效应的影响，对促进大规模可再生能源碱性电解水制氢的发展具有重要意义。

  通常，电解槽电流被认为是均匀分布在极板表面。然而团队成员通过研究发现，电解槽电流并非是均匀分布的，尤其在低载工况下，电流分布在相对狭窄的区域内，导致碱性电解槽低载效率低、一致性差以及气体纯度低。传统解决思路都是从化学、材料等角度出发，通过改进微观电催化材料来提升系统性能，然而本文通过理论计算和大量实验研究发现，电流聚束效应与电解槽几何结构和电气特性密切相关，电解槽的化学特性和材料特性对电流聚束效应影响甚微。因此，仅仅通过改进电极材料的措施，无法从根本上解决电流聚束效应导致的电解槽性能低下问题。

碱性电解槽电流聚束效应

  针对电流聚束效应导致的电解槽性能低下问题，该团队提出了一种多模态自寻优电解制氢变流控制方法。该方法通过调控电解槽内部电解电场，改善电流聚束效应，从而提高碱性电解槽的性能。实验表明，碱性电解槽运行范围由40%-100%提升到了10%-100%，产氢效率最高提升2倍；产气纯度明显提升，氢中氧纯度由3.3%降低到1.9%，可实现对光伏波动性输入功率的准确跟踪。该方法无需改变电解槽的槽体结构和电极材料，只需改变电源供电方式即可实现，因此在未来具有大规模推广应用的良好前景，对促进大规模可再生能源碱性电解水制氢的发展具有重要意义。

  相关研究成果发表于Cell旗下期刊《Cell Reports Physical Science》以及Nature旗下期刊《Communications Engineering》—《Current bunching effect of large-scale alkaline hydrogen evolution driven by renewable energy sources》（大规模可再生能源碱性电解水制氢中的电流聚束效应），《Efficiency and consistency enhancement for alkaline electrolyzers driven by renewable energy sources》（可再生能源碱性电解水制氢的效率和一致性提升）。

团队介绍

  韦巍，现为浙江大学求是特聘教授，兼任IEEE PES数字电网技术委员会（中国）副主席、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会副主任委员、国家十三五智能电网与装备重点研发项目的指南专家，国家2030重大专项“智能电网技术”专家组成员，国家首批863首席专家，浙江省有突出贡献的中青年专家，也是国家电网的技术咨询和项目评审专家。目前主要从事新能源配用电网、微电网、交直流混合配电网、氢-电耦合的零碳供电技术等方面的研究工作。是国内最早从事微电网、新能源配用电网、零碳排放配用电技术的专家之一。2010年就牵头完成了国内第一个海岛风光储流新能源微电网系统，并与国网浙江省电力公司等联合研发和建成了国内第一个交直流混合微电网商业应用系统，相关研究成果获得省部级以上奖励12项。

  夏杨红，浙江大学电气工程学院特聘研究员，浙大氢能研究院氢电协同中心主任，共发表学术论文100余篇，其中以第一作者和通讯作者身份在Trans及以上期刊发表论文30余篇，含Nature子刊、Cell子刊、高被引论文多篇，同时申请发明专利20余项，入选了Elsevier2022、2023年度全球前2%顶尖科学家榜单，获得2021年浙江省科技进步一等奖、2022年中国电力科技进步一等奖等省部级奖励多项，浙江大学/浙江省优秀博士学位论文、2023 IEEE PEAS最佳会议论文获得者等，担任《电网技术》、《IEEE JESTPE》等国内外期刊客座主编。主要研究新能源电解制氢、新能源并网发电以及微电网技术等，作为项目负责人和课题负责人先后主持国家自然科学基金、国家重点研发计划以及浙江省重点研发计划多项。