一、解耦电解技术概述
传统电解槽在单一反应装置中同步进行析氢（her）和析氧（oer）反应，仅依靠隔膜实现物理分离，这种设计存在显著局限性：
气体纯度限制：电子工业所需超高纯度气体（>99.999%）难以直接制取
运行稳定性问题：低负荷及频繁变载工况加速隔膜老化，增加气体渗透风险
高压运行挑战：维持跨膜压差需使用厚膜，导致电阻升高效率下降
受光合作用启发（光反应产氧、暗反应利用质子梯度），新型解耦电解系统通过引入氧化还原介质实现氢氧反应分离（图1）。该介质可截获水氧化产生的电子，自身还原时通过质子平衡电荷。析氢反应可在独立装置中进行（图2），从根本上解决传统系统的纯度、效率和安全性问题。
图1：介导产氧
图2：介导产氢
二、解耦反应机理
在解耦体系中，her与氧化态介质（m⁻）的氧化耦合，oer则与还原态介质（m）的还原关联。整体反应仍等效于水分解（2h₂o→2h₂ o₂），介质以氧化还原液流电池或固态电池模式循环。系统输入仅需水和电能，输出为独立收集的h₂和o₂。
介质特性直接影响系统性能：
可选用液态（如[fe(cn)₆]³⁻/⁴⁻）或固态（niooh/ni(oh)₂）形式
标准电位e⁰(m⁰/⁻)位置决定运行模式：
a) 当e⁰介于h /h₂和o₂/h₂o之间时，总电压需求分解为两个非自发步骤
b) 超出该范围时，首步需较高电压但次步可自发进行（图3）
图3：解耦水分解系统的设想电流-电压行为。(a) e0(m0/-)介于e0(h /h2)和e0(o2/h2o)之间，将水分解所需的热力学电压分为两个非自发步骤。(b) e0(m0/-)不在e0(h /h2)到e0(o2/h2o)的范围内。
三、系统架构分类
基于介质形态和能量需求，解耦系统可分为四大类型（图4）：
液态介质双非自发系统：采用液流电池式设计，需分离介质与产物
液态介质自发系统：搭配催化床实现无外源析氢
固态介质双非自发系统：可切换电极配置的集成化设计
固态介质自发系统：模块化组件组合实现高效运行
图4：四种解耦水分解体系
四、技术优势与挑战
核心优势：
突破传统电解限制：实现无膜高压制氢，气体交叉风险降低95%（图5）
材料革新：替代贵金属催化剂（如使用富铁催化剂达铂基材料90%活性）
运行灵活性：适配波动性可再生能源，启停响应时间缩短40%
系统安全性：爆炸风险较传统电解降低2个数量级
图5：传统电解槽和sta介导电解槽溶液中氟化物浓度随时间变化的比较。氟化物是nafion分解的产物
现存挑战：
系统复杂度增加：需集成储能介质循环装置（成本占比约25%）
介质稳定性问题：典型循环寿命<10,000次（较锂电低1个量级）
能量密度限制：当前系统储能密度约50wh/kg（仅为锂离子电池1/3）
五、应用前景
该技术在多个领域展现潜力：
分布式制氢：模块化设计适配离网场景
光电催化集成：提升pec系统稳定性（衰减率降低60%）
化工合成：拓展至co?还原等增值反应（法拉第效率达85%）
储能耦合：实现"电-氢-电"双向转换（综合效率72%）
当前技术成熟度处于trl4级，预计2030年有望实现商业化应用。未来突破方向包括开发高稳定性介质材料（目标循环>50,000次）、优化系统集成度（体积能量密度提升300%）、以及创新电极结构设计（过电位降低至50mv以下）。随着材料科学和系统工程的双重进步，解耦电解技术或将成为下一代绿氢制备的核心方案。