什么是氫能源？

為何稱它為“終極能源”？

氫能燃料電池的工作原理是什么？

有哪些應(yīng)用場景？

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近日，在第九期“寧波市科技成果科普發(fā)布”活動現(xiàn)場，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員王宇楠針對這些問題作了詳細(xì)講解。

“氫是元素周期表里的1號元素，在宇宙中最為常見，占宇宙總質(zhì)量的四分之三。”王宇楠表示，氫用作能源時，其燃燒值很高，燃燒同等質(zhì)量的氫氣所放出的熱量是天然氣或普通汽油的2倍以上。而且，氫燃燒后的產(chǎn)物是水或水蒸氣，因此氫能是自然界的脫碳化能源，是真正的清潔能源。

這么好的氫能源，我們?nèi)绾卫茫客跤铋榻B說，氫能的利用方式主要有氫內(nèi)燃機(jī)和燃料電池，相比之下，燃料電池在相對溫和的條件下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其效率遠(yuǎn)高于直接燃燒。更重要的是，燃料電池最大限度地隔絕了氫氣和氧氣，極大提升了安全性，并且實現(xiàn)了零碳排放。

活動現(xiàn)場，王宇楠向大家展示了兩個由氫能實驗室材料應(yīng)用與電堆設(shè)計的示范性燃料電池產(chǎn)品——?dú)淠茉礋o人機(jī)和氫能源電瓶車。

“這個氫罐旁邊的‘黑匣子’就是無人機(jī)的發(fā)動機(jī)，也就是氫能燃料電池電堆。”王宇楠介紹，在燃料電池的膜電極上會發(fā)生神奇的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，而反應(yīng)的唯一產(chǎn)物是水。

質(zhì)子交換膜燃料電池的核心是膜電極組件，作為膜電極的關(guān)鍵材料之一的催化劑，其作用是降低反應(yīng)的活化能，促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過程、提高反應(yīng)速率。但目前，廣泛使用的商用催化劑成本較高，占據(jù)燃料電池整體電堆總成本約40%。

王宇楠表示，氫能實驗室通過改進(jìn)催化劑擔(dān)載工藝以及結(jié)構(gòu)骨架的技術(shù)路線，設(shè)計材料結(jié)構(gòu)的孔徑、孔深及孔壁，突破載體高石墨化以及催化劑擔(dān)載位置精準(zhǔn)可控。“這一方式可以有效提升催化劑的活性和使用壽命，結(jié)合產(chǎn)能升級，可以緩解目前膜電極組件性能低、壽命短、成本高的關(guān)鍵問題。”

目前，氫能源已經(jīng)走進(jìn)我們的生活。憑借燃料能量轉(zhuǎn)化率高、噪聲低以及碳零排放等優(yōu)點，氫能的使用場景十分豐富，可廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、列車、輪船等交通工具以及固定電站。

談及未來氫能的發(fā)展方向，王宇楠表示，氫能實驗室將持續(xù)加強(qiáng)關(guān)鍵材料核心部件的技術(shù)轉(zhuǎn)化，形成具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的批量制備技術(shù)，以制造裝備帶動材料研發(fā)升級，以材料改良拉動制造裝備迭代，全面推動關(guān)鍵材料、核心部件、制造裝備等國產(chǎn)化與批量生產(chǎn)。

今年7月，發(fā)改委把氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈納入了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄，來引導(dǎo)社會資本投資，我國對氫能源的投入不僅十分有意義，而且還要實現(xiàn)彎道超車，搶占下一個能源高地。