王成威课题组Advanced Energy Materials——氢气耦合技术实现了高效零碳电冶金工艺

钢铁工业是全球碳排放的主要来源，传统高炉炼铁工艺高能耗、高排放，与“双碳”战略目标矛盾显著。现有低碳炼铁技术存在能耗高、反应条件苛刻等瓶颈。针对这一问题，中国科学技术大学王成威课题组提出了一种新型氢耦合零碳矿石电化学还原技术（ZERO）。该技术以氢氧化反应（HOR）替代传统阳极析氧反应（OER），显著降低电解电压（0.6–1.5 V vs. 1.3–5 V），在温和条件下即可制备高纯度金属铁，能源效率优异，库伦效率稳定，吨铁能耗低至1.1-2.4 MWh，优于多数已报道技术。该技术具备良好通用性，可拓展至多种金属及铜-锌合金共沉积，并能在天然菱铁矿中实现高效还原，验证了工业潜力。ZERO体系可连续稳定运行600小时，通过模块化设计实现安培级放大，产铁率0.7 g Ah⁻¹。该工作突破了传统电冶金能耗高、稳定性差的瓶颈，为钢铁及有色金属工业的绿色转型提供了原创性技术路线。未来将重点开发低成本非铂阳极催化剂并推进百公斤级中试验证。