由可再生能源驱动电解水制取的绿色氢能，正成为重工业、长途运输和化工等难减排领域的脱碳利器。然而，欧博体育登录传统电解水制氢每生产1公斤氢气至少消耗9公斤纯净水，不仅增加生产成本，也与全球约40亿人面临水资源短缺的现实形成冲突。海水电解制氢是解决氢气生产中淡水资源消耗的重要途经之一，发展潜力巨大，但现有方法普遍依赖昂贵催化剂或额外的海水预处理，带来高能耗和额外碳排放。

　　近日，由麻省理工学院等高校组成的研究团队设计了一种光热蒸馏-电解水耦合装置（HSD-WE），成功实现了太阳能驱动下高效海水电解制氢。该装置充分利用太阳能全光谱能量，光伏电能用于水电解制备氢气，光伏板余热驱动海水蒸馏制备高纯水。以太阳光和海水为输入，在标准日照（1 kW/m2）条件下实现了12.6%的太阳能-氢气（STH）转换效率，氢气产量达到35.9 L/m²/h，同时副产1.2 L/m²/h高纯水。该方法能够实现可持续的绿氢生产，摆脱了对外部高纯水和电力的依赖，兼具高能效和良好的技术经济可行性，为低成本绿氢生产提供了切实可行的解决方案。相关工作以“Over 12% efficiency solar-powered green hydrogen production from seawater”为题发表于Energy & Environmental Science。

　　HSD-WE装置将高能光子（超出光伏电池带隙的部分）被转换为电能（绿域），驱动电解水制氢，而光热效应产生的热能（黄域）则被用于界面蒸馏以淡化海水，为电解系统提供水源（图1a）。光伏组件为水电解过程提供电能，其背面集成界面蒸发器，兼具光伏组件冷却与海水淡化功能。通过引入重力驱动的海水单向流动，可有效抑制蒸发器盐分积累，确保系统长期稳定运行。此外，蒸发器与电解槽之间存在空气隙，避免海水直接接触电催化剂，进一步提升系统耐久性（图1b）。运行过程中，蒸馏产生的水蒸气在质子交换膜（PEM）电解槽阳极侧冷凝，冷凝水进入电解槽用于制氢。同时，冷凝过程释放的潜热能够提升反应温度，从而提高水电解效率。欧博体育登录

　　HSD-WE装置采用紧凑集成式设计，由光伏组件、毛细芯、聚碳酸酯间隔层、双极板（BPs）、气体扩散层（GDLs）、质子交换膜、垫圈、散热器及端板等组成（图2a, b）。通过对比发现，集成蒸发冷却后的光伏组件电流-电压（I-V）特性得到显著优化（图2c中的红色曲线d展示了界面蒸发器的抗盐设计，利用两个储液槽之间高度差（约6 cm）驱动海水单向流动，能够有效抑制蒸发器盐分积累（图2e）。使用10.5 wt%浓缩海水连续蒸发10小时后，表面无任何盐结晶析出（图2f, 2g）。此外，提高PEM电解槽工作温度可显著提升电解性能（图2h）。在1.65 V工作电压下，当温度从23℃升至60℃时，电解电流从278 mA升至495 mA，提升了接近一倍。

　　PEM电解槽的I-V特性直接影响太阳能到氢气（STH）转换效率。在相同太阳能吸收面积条件下，增加串联太阳能电池数量会降低短路电流，同时提高开路电压，从而改变PEM电解槽极化曲线与光伏组件I-V曲线a中A和B）。图3b给出了不同太阳能电池数量下基于高热值（HHV）计算的STH效率，呈先上升后下降的趋势，并在电池数量为4时达到峰值。图3c给出了500 mA电流下PEM电解槽过电位对STH效率的影响，当过电位小于1 V时，STH效率较为稳定，为系统最优运行区间（图3c中绿域）。

　　装置产氢性能进行测试。实验中监测储液槽质量变化，从而获得海水蒸发速率（图4a）。光伏组件的I-V曲线b蓝色曲线）与PEM电解槽极化曲线b红色曲线）交点对应用于水电解的总电量，此时基于高热值（HHV）计算STH效率达到12.6%。图4c展示了HSD-WE装置内部温度的变化。此外，实验中利用水体积置换法测量氢气产量动态变化如图4d所示，图4e则直观展示了氢气收集过程。通过I-V曲线交点、干氢与湿氢收集数据分别计算基于高热值（图4f蓝色柱状图）和基于Gibbs自由能（图4f红色柱状图）的STH效率，展示了HSD-WE装置的整体性能，为光伏-电解水耦合系统优化提供重要依据。

　　）。测试过程中实时监测装置内部温度和环境温度变化（图5b），记录太阳辐照强度（红色曲线）与氢气产率（蓝色曲线）随时间的变化（图5c）。计算结果表明HSD-WE装置在户外环境下STH效率也能达到12.3%。图5d展示了户外环境下连续稳定的氢气生成过程。

　　OPEX）限制，HSD-WE在运行一年后即可实现更氢成本，并在三年后将制氢成本降至$5/kg，十五年后进一步降低至$1/kg以下，彰显经济可行性（图6a）。基于实验测得的STH效率预测，HSD-WE的全球年均绿氢产量可达233 kWh/m²。图6b展示了HSD-WE在部分代表性城市的预估年均绿氢产量，体现出不同地理区域的广泛应用潜力。本文亮点

　　全光谱太阳能利用：高能光子转换为电能，低能光子通过光热效应驱动界面蒸馏，实现光伏组件冷却与海水淡化。

　　-电解槽耦合：构建了硅基太阳能电池阵列光伏系统，并优化串联电池数量使其于电解槽更好匹配，将太阳能到氢气转换效率提升至

　　。高效绿氢生产的经济可行性：依托被动运行模式和低成本材料选择，光热蒸馏-电解水耦合装置有望将绿氢成本降至

　　、密歇根州立大学助理教授Xinyue Liu、约翰霍普金斯大学助理教授Yayuan Liu为本文共同通讯作者。