欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，碱性和质子交换膜（PEM）是应用最广泛的水电解系统。HER的动力学是快速的，且催化剂选择余地大。又能实现可再生能源向电能的灵活转换 ，氢气和电力之间的能源灵活转换提供了一种有效的方法 。与化石燃料相比，1 M MnSO₄ + 1 M H₂SO₄电解液中，一般来说，锌电极在4 M KOH与饱和ZnO中充电（淡绿色） ，而产氧过程在低功率输入下运行 。

（b）测量不同电流密度下，高电流密度会导致BPM的分层/起泡。该解耦两性电解水具有以下优点：1）解耦电解水能够灵活应用不同种类的可再生能源 ，另一个碳毡作为对电极 。两性电解液被BPM隔开（BPM的CEM面朝向酸性电解液）。

（b）在2 M KOH电解液中的OER电极的LSV，双极膜的高电压损失对工作电流密度有很大的限制，综上所述 ，还会降低电解池组件的寿命
。此外 ，

【小结】

综上所述
，该工作提出了以MnO₂/Mn²⁺氧化还原电对和双极性膜实现的解耦两性水电解 。因为丰富的质子可以立即接受电子和释放氢。OER电池的负放电平台表明 ，如Fe、用于电能供应，3）通过与Mn-Zn电池相结合，在碱性电解液中，不仅可以实现分步制氢和制氧
，在两性电解水体系中引入MnO₂/Mn²⁺氧化还原介质，Mn-Zn电池可按需释放电能。两性电解水的研究大多集中在低工作电流密度（< 50 mA cm^-2）的光解水。因此，且HER和OER的反应动力学是相互依赖的 。无法满足日益增长的可持续和绿色能源需求。2）两性电解液使HER和OER都具有快的动力学响应 ，解耦策略使HER可以在1 A cm^-2的高电流密度下发生（适用于高功率的风能驱动） ，两性水的电解（HER在酸性电解液中，材料牛整理编辑。因此 ，其膜阻更大 。近年来
，提出了分步两性电解水概念 。小功率能源可用于制氧 。充分利用可再生能源 。同时又不改变整体电解水的热力学电压 。Co、导致产氢电流密度低（<50 mA cm^-2）。将可再生能源转化为燃料（氢）用于长期能源储备，

图4 两性水电解与Mn-Zn电池集成系统的演示

（a）集成系统的工作原理。碳毡作为对电极和参比电极 。HER电极的LSV在1 M H₂SO₄电解液中（黑色曲线） ，且随着电流密度的增加这种优势逐渐消失 。维持电解时两性电解液的pH值，为可再生能源、导致了较高的动能壁垒。王永刚教授和董晓丽研究员（共同通讯作者）团队等人带领下，既能实现可再生能源向氢的灵活转换，可以使产氢过程在高功率输入（高达1 A cm^-2）下运行，

（d）MnO₂/Mn²⁺化学的倍率性能。扫描速率：5 mV s^-1。将产氢和产氧之间的刚性耦合分离成两个独立的过程，如果直接采用可再生能源电解水 ，

（b）不同电解液中MnO₂/Mn²⁺化学性质的CV和HER和OER的LSV
。利用两性电解水在高电流密度下制氢至今仍是一个重大挑战。有利于将可再生能源直接用于电解水产氢
。取向1时的双极膜的膜电压和膜电压损失。第一作者为黄健航博士。OER催化剂的选择性更多（VIII族3d金属的氧化物，难以适应可再生能源的波动性和间歇性。只有由贵金属Ir或Ru组成的催化剂活性较好且稳定。100 mA cm^-2）和OER电池中氧气产生的电势曲线（右侧
，而OER可以在低电流密度下发生（适用于低功率的太阳能驱动）。此外，在碱性电解液中
 ，OER在碱性电解液中）由于能够同时适应HER和OER的最佳pH条件而受到越来越多的关注。因此OER的动力学比HER慢得多，温室气体排放和地理分布的严重制约，大功率能源可用于制氢，Ni等），100 mA cm^-2） ，遗憾的是，10 mA cm^-2）的电势曲线 。

（c）HER电池中氢气产生的电势曲线（左侧  ，也可以将可再生能源直接储存于电池中，

【图文导读】

图1 解耦两性水电解的工作原理

（a）解耦两性水电解系统由用于制氢的HER电池和用于制氧的OER电池以及用于分离酸性（粉红色）和碱性电解液（浅绿色）的BPM组成。恒流充电至1 mAh cm^-2  ，因此，通过在电解水过程中引入氧化还原介质，该成果以题为“Decoupled amphoteric water electrolysis and its integration with Mn-Zn battery for flexible utilization of renewables”发表在了Energ. Eeviron. Sci.上，其中双极膜（BPM）用于隔离酸性电解液和碱性电解液，在酸性电解液中 ，100 mA cm^-2）和OER电池充电（中心部分 ，在复旦大学夏永姚教授、碱性电解液有利于OER。在1 M MnSO₄ + 1 M H₂SO₄电解液中  ，

图3 BPM的工作原理和相应的膜电压

（a）BPM的CEM侧面对酸性电解液时（取向1），DOI:10.1039/D0EE03639K）

本文由木文韬翻译 ，

【引言】

以碳氢化合物能源（化石燃料）为基础的能源供应受到储量、扫描速率：5 mV s^-1。电压损失只有来自欧姆损失），即氢和氧同时产生
，Symes和Cronin首先提出了解耦水电解。碳毡作为工作电极，

（e）在500 mA cm^-2电流密度下MnO₂/Mn²⁺化学循环性能 。而OER过程是复杂的多步质子-电子转移过程，锰电极在1 MnSO₄ + H₂SO₄电解液中充电（粉红色），OER过程需要外部电压偏置 。且成本低，

（b）HER电池充电（左侧，BPM在水电解过程中的工作原理。该两性去耦电解水系统可与锰锌电池集成，在HER过程中，在酸性电解液中，氢作为一种能源载体 ，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。 2020 ，

【成果简介】

近日，相较于单离子交换膜（阳离子或阴离子离子交换膜
，从HER/OER的动力学和电催化剂的兼容性两方面考虑 ，以沉积有MnO₂的碳毡作为对照电极和参比电极，为了解决上述问题  ，由可再生能源直接驱动水电解是一种理想的生产氢气的绿色方法
。

图2 解耦两性水电解的演示

（a）在1 M MnSO₄ + 1 M H₂SO₄电解液中HER电极的LSV（红色曲线），在环境相容性和能量含量方面具有巨大优势。HER的质子是由缓慢的水解离过程（水的去质子化）提供的，OER电极作为对电极和参比电极。会不仅会加重H₂/O₂的混合，然而 ，在碱性电解液中稳定性好 。然而  ，

文献链接：Decoupled amphoteric water electrolysis and its integration with Mn-Zn battery for flexible utilization of renewables（Energ. Eeviron. Sci.  ，两性电解水中一般需要双极膜（BPM）来维持酸性和碱性电解液在稳定工作状态下的pH值差异。其动力学对电催化剂的依赖程度很高。放电至0.5 V vs. Ag/AgCl（参比电极），在OER过程中，酸性电解液有利于HER ，由活化能引起的膜阻部分抵消了两性电解液所带来的快速动力学的优势，Mn-Zn电池放电（右侧，HER与OER之间这种刚性结合
，10 mA cm^-2）。BPM的膜阻主要来自欧姆损失（离子传输阻力膜）和活化损失（由BPM中的水离解引起），HER和OER无论在时间上还是空间上都可以完全解耦 ，而传统水电解中析氢反应（HER）和析氧反应（OER）是刚性耦合的 ，