碱性水电解制氢催化剂研究进展

廖龙飞，李明雨，尹永利，王 飞，曾 丰

(1.哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院，广东 深圳 518055；2.深圳市绿航星际太空科技研究院，广东 深圳 518117；3.中国航天员科研训练中心，人因工程国防科技重点实验室，北京 100094；4.南京工业大学化工学院，材料化学工程国家重点实验室，江苏 南京 211816)

在全球能源结构向清洁化和低碳化转型的背景下，氢能作为来源广泛、灵活高效、零排放二次能源，被视为本世纪最具发展潜力的清洁能源，是未来能源技术革命和产业发展的重要方向[1-3]。发展氢能产业是我国实现“双碳”目标，加快绿色低碳发展，全面提高资源利用效率的重要举措。此外，基于国家能源安全战略和环境保护的要求，发展新型能源和可再生能源也迫在眉睫。

氢气作为最理想的能源载体和二次能源之一，与其他能源相比，具有导热性能好，热值高(能量密度142 MJ·kg-1，为汽油的3倍)，能量利用率高，运输方便和无毒等优点。同时，氢气的使用过程只产生水，不排放任何有害物质和二氧化碳，采用氢气替代化石燃料可有效减弱温室效应。此外，氢气不仅可作为燃料直接燃烧，还可通过燃料电池将化学能转化为电能提供动力。因此，氢能在未来的能源格局构成中将扮演重要角色[4-5]。依据氢气的来源可将其分为灰氢(化石燃料制氢)、蓝氢(碳捕捉与碳封存制氢)以及绿氢(可再生能源水电解制氢)。由化石燃料产生的灰氢，约占全球氢气产量的95%，灰氢的制备相对廉价，操作方法简便，所需设备少，占用空间小，但环境污染较大。蓝氢尽管环境污染较小，但其资本支出和运营成本高昂。绿氢由于污染小是最理想的生产模式，绿氢主要采用电解水制备，不足全球产氢量的4%。

尽管水电解制备的绿氢具有纯度高的优点，但其成本远高于蓝氢和灰氢。大规模电解水制氢主要以碱性水电解制氢为主，电能费用和电解槽的能耗是决定该过程效率的关键。因此，本文主要围绕碱性水电解制氢的特点，碱性电解槽结构、材料和存在的问题，以及碱性水电解制氢新技术的发展等方面进行论述。

1 水电解的基本原理

水电解制氢现象发现于18世纪80年代，随着法拉第定律的提出，水电解装置在19世纪30年代不断发展，水电解技术的工业化应用始于20世纪20年代，碱性水电解制氢主要应用于合成氨和炼油等领域。近年来，随着环境污染、能源短缺和气候暖化问题的关注以及对新能源的需求，电解水制氢技术也得到了显著发展。根据电解池工作环境以及所用隔膜类型，水电解通常可分为完全商业化的碱性水电解(Alkaline Water Electrolysis，AWE)、部分商业化的质子交换膜水电解(Proton Exchange Memb-rane，PEM)、以及处于实验室研发阶段的阴离子交换膜水电解(Anion Exchange Membrane，AEM)和固体氧化物水电解(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)[6]。

水电解是指在闭合回路中，在直流电的作用下，通过外部施加一定电压，打破水分子中的氢氧键，在阴阳两极分别生成氢气和氧气，实质是将电能转化为化学能的过程。电解水过程由析氢(Hydrogen Evolution Reaction，HER)和析氧(Oxygen Evolution Reaction，OER)两个半反应组成。水电解的基本反应如下：

阴极：2H2O + 2e-=H2↑ + 2OH-

阳极：4OH-=2H2O + O2↑ + 4e-

(1.1)

总反应：2H2O=2H2↑ + O2↑

根据吉布斯自由能表达式△G=-nEF计算电解水的理论电压。其中，吉布斯自由能的变化(△G)为-237 000 J·mol-1；反应物的当量或电极反应中电子的数目(n)为2；法拉第常数(F)为96 500 C·mol-1，因此标况下(0 ℃，101.32 kPa)电解水的理论分解电压为1.23 V，考虑到电解过程的电阻(如：阴阳极电阻、电解液电阻和传输电阻等)以及热中和电压(1.48 V)，工程上一般认为水电解的实际电压为(1.7～2.0) V。

碱性水电解制氢技术于20世纪中期实现工业应用，技术较为成熟，运行寿命可达15年，一般以质量分数30%的KOH或25%的NaOH溶液为电解质，采用石棉布或离子交换膜等作为隔膜，在直流电的作用下，将水裂解成氢气和氧气，碱性水电解制氢示意图如图1所示，碱性水电解制氢特点见表1。

图1 碱性水电解制氢示意图Figure 1 Schematic diagram of hydrogen production by alkaline water electrolysis

表1 碱性水电解制氢特点Table 1 Characteristics of alkaline water electrolysis for hydrogen production

1.1 碱性水电解制氢的HER反应机理

析氢反应发生在电解池的阴极，由吸附、还原以及脱附三个过程构成，如图2所示[10]。在碱性溶液体系中，首先发生吸附步骤(1.2)，即单个电子和氢原子吸附在电极表面活性位点，再通过单电子转移形成M-H*键(*反应活性位点)。然后是还原步骤，吸附在电极表面的氢原子通过电化学脱附(1.3)或复合脱附(1.4)步骤还原生成氢气，氢气最后从电极表面解吸，即完成整个HER过程[11-13]。

图2 碱性HER反应机理[10]Figure 2 Alkaline HER mechanism[10]

电化学吸附步骤(Volmer反应)：

M + H2O + e-↔M-H*+ OH

(1.2)

电化学脱附步骤(Heyrovsky反应)：

M-H*+ H2O + e-↔M+OH-+ H2

(1.3)

复合脱附步骤(Tafel反应)：

M-H*+ M-H*↔2M + H2

(1.4)

1.2 碱性水电解制氢的OER反应机理

析氧反应属于四电子氧化还原反应的逆过程。在碱性电解液中，OH-先在电极催化剂表面吸附，同时失去一个电子形成M-OH*，然后在OH-的参与下M-OH*失去一个电子分别氧化为M-O*和M-OOH*，M-OOH*最终与OH-结合形成氧气并脱附。具体的OER反应机理如图3所示[14-15]。

图3 碱性OER反应机理Figure 3 Alkaline OER mechanism

M + OH-↔M-OH*

(1.5)

M-OH*+ OH-↔M-O*+ H2O

(1.6)

M-O*+ OH-↔M-OOH*+ e-

(1.7)

M-OOH*+ OH-↔M + O2+ H2O

(1.8)

2 碱性水电解制氢催化剂

影响碱性水电解制氢的因素包括隔离膜、电极、催化剂、系统电阻、操作条件和水质等，其中催化剂在碱性水电解中起着决定性因素，包括碱性OER催化剂、碱性HER催化剂及碱性双功能催化剂。碱性OER催化剂包括过渡金属氧化物(涉及相、晶面、缺陷及多金属工程)、过渡金属氢氧化物、过渡金属硫属化物(金属硫化物、金属硒化物及金属碲化物)、过渡金属磷化物和过渡金属氮化物；碱性HER催化剂包括过渡金属合金/异构(涉及纳米结构、合金化、表面改性及异质结构工程)、过渡金属硫属化物、过渡金属磷化物和过渡金属氮化物；碱性双功能催化剂包括过渡金属氧化物、硫化物/硒化物及磷化物。HER和OER非贵金属催化剂的开发有助于控制水电解的成本。在提高表观电流密度和降低欧姆降的同时，如何提高催化剂性能进而提高反应效率是关键因素。

2.1 碱性析氢催化剂

尽管一些铂族材料在碱性电解质中表现出优异的HER性能，但使用贵金属会使碱性水电解失去成本优势。目前为止，最好的非金属HER催化剂的η10(10 mA·cm-2的电流密度所需的过电位)仍超过200 mV，极大地限制了其实际应用[16]。过渡金属催化剂可以平衡HER的性能和成本，一些过渡金属催化剂甚至具有与铂族材料相当的HER活性，使其成为碱性电解质中最有前途的HER催化剂。

2.1.1 过渡金属/合金及其异质结构

镍基金属由于低成本和良好的活性广泛应用于商业碱性水电解器的阴极催化剂。纳米结构工程、合金化工程、表面改性工程和异质结构工程技术等已被用于进一步提高其催化活性[17]。

纳米结构工程。纳米结构可以增加表面积，暴露出更多的活性位点，进而促进碱性HER反应。如，Ahn S H等[18]通过电沉积方法合成了一系列不同形态的镍催化剂，纳米结构工程不仅增加了表面积，还优化了金属镍的电子结构和化学环境从而调控其本征活性。

合金化工程。在Ni晶格中引入其他元素形成Ni基合金是调整Ni特性的重要手段。镍基合金的代表是Raney Ni，但其HER活性较低，近年来其他的镍基合金已被开发。Raj I A和Vasu K I[19]采用电沉积方法制备了七种块状镍基合金，并系统地评价了其在碱性电解液中的HER活性，其HER活性按顺序排列为：Ni-Mo>Ni-Zn>Ni-Co>Ni-W>Ni-Fe>Ni-Cr>镀Ni钢。其中，Ni-Mo合金作为活性和稳定性最好的催化剂，在6 M KOH溶液(80 ℃)中，过电位为180 mV时，电流密度可达到300 mA·cm-2，且可连续工作1 500 h[20-21]。

表面改性工程。金属镍的表面改性被认为是提高其本征活性的新策略，与合金化工程不同，表面改性不改变体相结构，但可以调控其化学和结构特性。Li Yibing等[22]通过N掺杂选择性地修饰金属Ni的表面，达到较高覆盖程度(Ni-N0.59)，实验结果和DFT计算表明，N掺杂对HER活性的提升可归因于改善的亲水性、扭曲的镍晶格结构和粗糙的镍表面等。N改性的表面导致较弱的H*吸附，提高HER活性。

异质结构工程。在其他组分中掺入过渡金属形成异质结构界面，以提供调节多物质吸附/解吸的位点，进而可提高碱性HER性能。Gong Ming等[23]报告了一种碳纳米管负载的镍基三元异质结构催化剂(NiO/Ni-CNT)，NiO位点有利于水的解离和OH-阴离子的吸附，金属Ni位点有助于吸附的氢原子重组生成氢气分子，NiO/Ni-CNT的高活性可能归功于异质结构中的纳米级NiO/Ni界面。

除了镍基催化剂，其他过渡金属及其合金，如Co@carbon[24]、Co-N-C[25]、Mo-N-C[26]、CoSn2纳米晶体[27]和CuTi合金[28]也被用作碱性电解质中的HER催化剂。尽管金属和合金催化剂用于碱性HER已取得了很大的进展，但仍然需设计在碱性条件下具有更好的抗腐蚀性的材料，保证其稳定性。

2.1.2 过渡金属硫属化物

近年来，过渡金属硫属化物用于碱性电解水受到了广泛关注。其中，MoS2是该类催化剂中最具潜力之一，MoS2的HER活性源自于其边缘表面，该表面对H*吸附行为与铂相似，而(0001)基面为惰性，几乎没有活性[29-30]。因此，许多MoS2纳米结构，包括无定形MoS2[31]、结晶MoS2[32]、基于MoS2的混合材料[33]、层间间距扩大的MoS2结构[34]，已被开发以最大限度地暴露大量的边缘点，进而将酸性电解质中的η10大大降低至约100 mV。然而，MoS2催化剂在碱性电解质中的HER性能相对比较差，仍然需要较高的过电位才可达到理想的电流密度[32]。

MoS2在碱性电解质中的HER活性相对较差，因此其他过渡金属硫属化物包括CoSe2[35]、NiSx[34]、NiSe[36]、FeS2[37]、FeSe2[38]等被探索用于碱性电解质中催化HER。引入二次金属掺杂剂是提高单金属硫属化物HER活性的有效途径。Yin Jie等[39]系统研究了各种金属助剂(Co、Fe和Cu)对NiS2HER活性的影响，建立了催化剂原子结构与活性之间的关系，发现Co掺杂的NiS2具有最佳的HER活性和优异的长期稳定性。

2.1.3 过渡金属磷化物

研究表明金属磷化物，如CoP纳米颗粒、Co2P纳米棒、Ni2P纳米颗粒、Ni5P4微颗粒、MoP八面体[40]、镍掺杂CoP多面体[41]、铜掺杂CoPx多面体[42]、(Co0.52Fe0.48)2P多孔膜[43]等在碱性电解质中可高效催化HER反应。

尽管低成本的磷化物在碱性介质中的HER性能优异，但通过磷化过程制备催化剂存在诸多挑战。过渡金属磷化物的合成方法主要包括液相磷化法和气相磷化法[44]。液相法通常采用有机磷源，价格高且易被空气氧化，不利于规模化生产。气相法主要使用无机磷源在加热下原位分解，释放出活性PH3，并参与磷化。气相法工艺简单，不需要表面活性剂，而且能够保留前驱体的初始形态，已被广泛应用。

2.1.4 过渡金属碳化物

过渡金属碳化物具有类铂电子结构、高导电性和高抗酸碱腐蚀能力，因此受到广泛关注。尽管许多具有不同结构和形貌的金属碳化物被开发出来，但其HER活性仍较低，原因可能是高温退火过程造成表面活性位点暴露减少。增加表面活性位点数量或提高催化位点的本征活性可进一步提高金属碳化物的HER活性[45]。此外，将金属碳化物与其他活性材料，如金属镍和金属钴复合以形成异质结构，也可提高HER活性[46]。

在报道的HER催化剂中，NiMo合金[47]、Ni/NiO基异质结构[48]、Co或C掺杂MoS2[49]、N掺杂NiCo2S4[50]、Ni或Co基磷化物[51]、Mo2C[52]在碱性电解质中显示出较高的HER活性，其η10达到50 mV以下。此外，一些催化剂(如FeP/Ni2P[53]、Ni-Mo-O[24]和MoNi4[47]等)甚至比Pt/C催化剂在碱性电解质中具有更好的HER活性。尽管催化剂设计和活性改进方面取得了巨大进步，仍需要在耐碱性、寿命和稳定性方面进一步深入研究。

2.2 碱性析氧催化剂

碱性水电解制氢OER催化剂主要包括贵金属催化剂、过渡金属催化剂和碳基催化剂。Ru和Ir的氧化物稳定性差，在高阳极电位下在碱性电解液中溶解[54]。碳基催化剂尽管易于制造且成本低，但其在OER过程中易被氧化成CO2，活性和稳定性均较差。而过渡金属OER催化剂成本相对较低，活性和稳定性好，可以避免贵金属和碳材料的缺点。以下总结过渡金属碱性OER催化剂的最新研究进展，主要介绍氧化物、氢氧化物、硫属化物、磷化物和氮化物等，旨在寻求高性能和低成本的碱性OER催化剂，并用于实际工业应用。

2.2.1 过渡金属氧化物

镍及其氧化物在碱性溶液中具有很高的OER活性。由于其在地壳中含量丰富且催化稳定性高，镍基材料一直是工业碱性电解槽中阳极催化剂的主要成分。此外，其他过渡金属氧化物作如Co、Mn和Fe氧化物也被广泛研究。相工程、晶面工程、缺陷工程和多金属工程等策略被用于提高这些过渡金属氧化物的催化活性，如表2所示。

表2 修饰过渡金属氧化物的策略Table 2 Strategies for modifying transition metal oxides

2.2.2 过渡金属(氧)氢氧化物

氢氧化镍是典型的OER氢氧化物催化剂，由α-Ni(OH)2和β-Ni(OH)2组成[60]，是活性最高的碱性OER催化剂之一。除了活性之外，长期稳定性在实际应用中至关重要。NiFe(氧)氢氧化物催化剂在大约10 mA·cm-2的电流密度下具有几小时的稳定性[61-62]。除了镍基(氧)氢氧化物，钴基(氧)氢氧化物也引起了广泛关注。

2.2.3 过渡金属硫属化物

由于过渡金属硫属化物具有较高的电导率，因此金属硫属化物与氢氧化物相比可能具有更高的OER活性。目前，金属硫属化物已经成为低成本且高催化活性的OER催化剂。在已开发的金属硫属化物OER催化剂中，镍基和钴基硫属化物已被大量研究并表现出极好的OER活性和稳定性[63-64]。此外，其他Co基硫化物，如Co3S4纳米片[65]，CoS4.6O0.6纳米立方体[66]和金属硫化物异质结构(如NiS2/CoS2纳米线[67]，Ni3S2/MoS2纳米颗粒[68]，CoS2/FeS2纳米片[69]和Co9S8/MoS2纳米纤维[70])也表现出优异的OER活性。

硫、硒和碲元素都具有六个最外层电子，电子构型相同，因此金属硒化物、金属碲化物与金属硫化物可能具有相似的化学反应性。硒化钴(CoSe2)[71]和硒化镍(如NiSe[36]、Ni3Se2[72]和NiSe2[73])已被广泛研究，但目前金属碲化物作为OER催化剂仍较少，如表3所示。

表3 过渡金属硫属化物Table 3 Classification of transition metal sulfides

2.2.4 过渡金属磷化物和氮化物

2003年,过渡金属磷化物作为有前景的HER催化剂受到关注。Ryu J等[74]发现过渡金属磷化物作为双功能催化剂可有效地催化OER和HER反应。研究者发现，在OER催化过程中，NiOx物种在Ni2P表面原位生成，NiOx活性层具有超细的纳米颗粒和高的表面积，与传统方法合成的Ni、NiO和Ni(OH)2催化剂相比，具有更好的OER活性。

过渡金属氮化物具有高导电性和化学稳定性，受到广泛关注。在过渡金属中引入N原子可以增加d电子密度，使其表现出一定的金属特性，这些金属特性使过渡金属氮化物成为有前途的OER催化剂。Chen Pengzuo等[75]在导电碳布基底上制备了多孔Co4N纳米线阵列作为活性OER催化剂。利用Co4N的高导电性和3D电极的高暴露活性面积的协同优势，Co4N可以实现出色的OER活性，η10减小至257 mV，Tafel斜率降低至44 mV·dec-1，比Co3O4和Co(OH)F催化剂性能好得多。

通过回归分析，分别构建遥感因子Rrsnir/Rrsred与悬浮泥沙浓度之间的各反演模型(对数、指数、线性及幂函数模型)，并解算出模型决定系数(R2)与悬浮泥沙浓度模型拟合值与实测值之间的平均相对误差(MRE，Mean Relative Error)，用于评价模型反演精度，并最终选取指数模型作为椒江口水体悬浮泥沙浓度反演的模型(见表3)，模型公式为：

2.3 碱性OER/HER双功能催化剂

虽然OER和HER催化剂研发已取得诸多进展，但是通常需要采用不同的设备和合成工艺来生产OER和HER催化剂，投资成本高。在碱性电解质中，可同时催化OER和HER的高效双功能催化剂对于降低氢气的生产成本至关重要。Luo Jing-shan等[76]在泡沫镍(NF)基底上生长的NiFe层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxide，LDH)可作为双功能电催化剂用于水分解。此外，其他双功能电催化剂，包括过渡金属氧化物[77]，硫化物/硒化物[36,64]和磷化物[78]也有相关报道。

3 碱性水电解制氢研究新趋势

尽管碱性水电解制氢具有操作简单和成本低的优点，但低温碱性水电解和大功率碱性水电解系统仍需进一步发展。以下将从电极、电解质、离子传输、气泡形成和AEM电解水制氢等方面讨论碱性水电解的研究新趋势。

3.1 电极和催化剂

失活是电极材料的主要问题，即便最广泛使用的电极材料—镍，也常因为其表面高氢浓度形成氢化镍而失活。铁涂层可以阻止氢化镍的形成，从而防止电极失活[79]。此外，研究发现在碱性析氢过程中，溶解的钒物种也可以防止镍阴极失活[80]。除材料选择外，电极的设计改进对水分解也很重要，电极表面通常包含狭缝和孔道，以促进气泡的逸出，须有适当的孔尺寸，以防止气体滞留，碱性水电解中氢端和氧端电极孔对应的直径分别为0.1 mm和0.7 mm[81]，另外百叶窗、翅片或开沟槽式电极也可用于去除气泡。

在某种程度上，电极本身就是催化剂，影响电化学反应的活化能。在电极设计中总是使用掺杂或涂层的方式得到更稳定的高活性电极。电催化剂通过降低反应的活化能而促进电荷转移或化学反应的发生。电催化剂可降低两个半反应中的一个或两个的过电势。电催化剂的作用受电极的电子结构影响，因此通常也采用在金属中具有不同电子分布的合金来提高电极的活性。电极材料的物理性质也会影响电催化的活性，纳米结构电极通过增加活性面积降低电解槽的工作电流密度。电极的制备方法也是影响电极表面性能(如粗糙度)的重要因素。总而言之，电极的物理修饰有助于从电极中去除气体。电极材料显著影响过电位、电子特性和表面特性，决定了涂层或掺杂的电催化性能，合金、纳米结构材料、过渡金属和贵金属也可用于提高电极活性。

3.2 电解液和添加剂

大多数商业电解槽采用碱(氢氧化钾或氢氧化钠)溶液作为电解液。在离子活化剂的作用下，少量活化化合物显著降低了电解水过程中的能量消耗。离子液体是有机化合物，在室温下仅由阳离子和阴离子组成，因此具有高离子电导率和稳定性[82]，然而，离子液体通常具有高粘度和低水溶性，不利于传质，导致电流密度低和产氢率低。需研发高电导率和溶解度的离子液体以分别促进电子转移和水电解。

与电催化剂的研究相比，新型电解质的研发工作相对较少。但通过使用电解质添加剂，降低电解质电阻以增强离子转移并提高整体效率是极具潜力的策略。此外，电解质添加剂可以调整电解质和电极之间的亲和力，并有助于控制气泡行为。

3.3 气泡管理

气泡的形成及其逸散是欧姆损失的主要原因。气体的溶解以及电极与电解质之间的气体界面均会增加电解水系统的电阻。表面活性剂可用于降低表面张力，并最大限度地减小气泡尺寸或加速气泡的逸散，从而达到与亲水材料相同的效果。同时，这些添加剂不参与电化学反应且在此过程中保持稳定[83]。在流体力学方面，通过循环电解质溶液和增加流速以清除电极表面的气泡，同样有利于电解质的传质与消除浓度差异。此外，采用多孔的电极，有利于增加催化剂的比表面积和离散气泡。

3.4 阴离子交换膜(AEM)水电解

AEM电解水制氢具有以下优势：1)AEM电解槽组件可使用非贵金属催化剂(如镍和铜)，大大降低了制造成本；2)可以使用简单的电解质，如蒸馏水或低浓度的碱性溶液取代高腐蚀性的电解质，可以解决电解质的泄漏和体积稳定性，降低操作危险性；3)AEM电解槽可使用季铵盐聚合物膜，比PEM电解水使用的Nafion膜价格更低；4)由于AEM膜中没有金属离子，二氧化碳和AEM膜之间的相互作用很低。因此，低成本的AEM电解槽可以被制造出来并为固定式、便携式和运输式发电系统的稳定产氢，增加耐用性和提高能源效率的发展做出贡献[84]。

4 结语与展望

氢能已被视为最清洁和最有前途的能源，通过可再生能源电解水制氢是实现零碳排放氢经济的重要前提。当前碱式电解水制氢工艺已较为成熟，系统结构简单可靠、寿命长、稳定性好。相较于其他电解水技术，具有成本低、技术成熟、电催化剂价格低廉和工作温度低等特点。但较强腐蚀性的碱性电解液导致催化剂只能选用镍基合金等少数具有较强耐热碱腐蚀的元素，虽然近年来有诸多关于复合催化剂的报道，但由于其制备工艺和成本等限制，无法在短时间内进行大规模工业应用。在隔离膜方面，传统的石棉隔离膜已经逐渐被以高分子复合膜和离子交换膜为代表的新型复合材料替代，电解产气纯度也得到逐步提升。

影响碱性水电解制氢的因素包括隔离膜、催化剂、电极材料、系统电阻、操作条件和水质等。阻碍碱性水电解效率的因素有气泡产生的电阻、反应活化能、离子转移和电路中的电阻等，可以通过电极改性、增加添加剂、添加涂层和结构设计管理气泡等方式减小电阻，降低能量的散失，从而提高水的电解效率。整体来说，碱性水电解制氢系统成本主要来自其核心部件电解槽和电极，尽管使用廉价电极材料有利于降低制氢成本，但碱性水电解制氢规模化最大的障碍在于高能耗和高电价。

利用可再生能源发电是电解水制氢大规模应用的必要条件。碱性水电解与可再生能源相结合，通过生产氢气作为储能介质将其整合到分布式能源系统。与其他主要的制氢方法相比，碱性水电解系统简单但目前效率较低。广泛使用电解水制氢还需要进一步克服耐用性和安全性等缺点。尽管在碱性水电解的发展中已经取得了很大的进展，但仍然存在一些困难和挑战，在清洁、可再生和可持续的制氢方面还有很长的路要走。