水分解成氢和氧用来替代传统的化石燃料。但是从纯净水中获取，就有些得不偿失了，纯净的水资源是一种非常珍贵的资源。在旧金山湾，斯坦福大学的研究人员设计了一种利用太阳能、电极和盐水来制取氢燃料的方法。
这一研究发表在3.18日的《美国科学院学报》上。展示了一种通过使用电从海水中分离氢气和氧气的新方法。现存的分离水的方法依赖于高纯度的水，而高纯度的水使得成产成本变的高昂。从理论上来说，为了给城市和汽车提供动力，“你如要如此多的氢，如果只靠使用纯净水的资源，这样消耗的量巨大的不可想象。”“我们在加利福尼亚州，几乎没有足够的纯净水来满足的我们目前的需求。”斯坦福大学人文科学院化学教授、该论文的合著者C.J伍德和J.G.杰克逊说道。
戴宏杰说，氢是一种很吸引人的燃料，因为它不排放二氧化碳。燃烧氢只会生产水，而且会会缓解日益恶化的气候变化问题。他的实验室通过演示展示了概念的验证，研究人员将会把它留给制造商进行大规模生产。
戴宏杰和他在斯坦福大学的研究实验室开发了一种可以从海水中产生氢燃料的原型。(图片来源：由H. Dai，Yun Kuang，Michael Kenney提供)
解决腐蚀问题
使用电将水分解成氢和氧被称为电解，这是一个简单而古老的想法：一个电源连接放置在水中的两个电极上。当电源接通时，氢气从负极(称为阴极)中冒出，然后可供人呼吸的氧气从正极(即阳极)冒出。但是海水中带负电荷的氯化物会腐蚀正极(阳极)，从而会降低系统的使用寿命。戴宏杰和它的团队希望找出一种方法来阻止海水中的这些成分破坏正极(阳极)。研究人员发现，如果他们在阳极上涂上一层充满负电荷的涂层，这些涂层排斥氯化物，并会减缓底层金属的衰变。
他们将镍铁氢氧化物层在硫化镍的顶部，覆盖镍泡沫芯。镍泡沫起到导体的作用——从电源传输电能，氢氧化镍引发电解，将水分解为氧和氢。在电解过程中，硫化镍演变成一个负电荷层，保护阳极。正像两块磁铁的负极互相推动一样，带负电荷的层排斥氯化物并阻止它到达核心金属。
根据戴宏杰实验室的研究生、论文的合著者迈克尔·肯尼(MichaelKenney)的说法，如果没有带负电荷的涂层，阳极只能在海水中工作12小时左右。“整个电极都碎裂了，”肯尼说。“但是有了这层，它可以运行一千多个小时。”
先前的研究试图将海水分解成氢燃料，但由于腐蚀发生在更高的电流下，所以其产生的电流都很小。但是戴宏杰，肯尼和他们的同事们能够通过他们的多层装置传导10倍的电能，这有助于它以更快的速度从海水中产生氢气。
“我认为我们创下了分离海水的记录。”戴宏杰说。小组成员在可控的实验室条件下进行了大部分测试，在那里他们可以调节进入系统的电量。他们还设计了一个太阳能演示机，使用旧金山湾收集的海水中产生氢气和氧气。而且，在没有盐腐蚀风险的情况下，该设备与目前使用纯净水的技术相匹配。肯尼说：“这项研究令人印象深刻的是，我们能够在与当今工业所用电流相同的电流下工作。”
出乎意料的简单
回首过去，戴宏杰和肯尼可以看到他们设计的如此简单易行。戴秉国说：“如果我们三年前有一个水晶球，它将在一个月内完成。”但是，既然已经找到了用海水电解的基本配方，这种新方法将为提高太阳能或风能驱动的氢燃料的可用性打开大门。
在未来，这项技术可以用于发电以外的用途。由于这个过程也会产生可呼吸的氧气，潜水员或潜水艇可以把设备带到海洋中，在不需要浮出水面换气的情况下，在海底产生氧气。在技术转让方面，“人们可以在现有的电解槽系统中使用这些元素，而且速度非常快，”戴宏杰说。“这不像从零开始——更像从80%或90%开始。其他合著者包括北京化工大学的客座科学家云匡和山东科技大学的孟永涛。其他作者包括魏宣洪、刘一金、黄建安、普拉桑纳和麦盖希。
这项工作由美国能源部、国家科学基金会、国家科学基金会和国家重点研发项目资助。
