【电池中国网11月16日 上海讯】11月16日，在第十届动力电池应用国际峰会(CBIS2025)开幕式上，厦门大学孙世刚教授作题为“氢能与燃料电池的挑战与研究”的主旨发言。

　　以下为现场速记：

　　氢能跟动力电池关系紧密，是交通领域重要的动力解决方案之一，很多电池公司已经布局氢能领域。我从下面几个方面来给大家介绍：

　　首先，氢能首先是碳中和的重要途径和新质生产力。这是世界各个国家碳中和的时间表，我国的任务很重，因为我们达到碳达峰是2030年，碳中和是2060年，只有30年的时间，而且接下来只有5年多的时间，就需要实现碳达峰，所以这个任务非常重。

　　其实氢能源是碳达峰、碳中和的重要途径，用氢能对二氧化碳减排，通过可再生能源发电，到电解水制绿氢。炼钢行业大量消耗氢，过去烧炭排放二氧化碳，而用氢则排水。同时，传统合成氨，也排放二氧化碳，而用绿氢没有二氧化碳产生。

　　我国氢能产业一直在布局和推动，比如从2016年的政府工作报告提出推动加氢的基础设施建设，到今年氢能纳入《中华人民共和国能源法》，在刚结束的二十大四中全会上新兴产业的发展在布局。

　　氢能产业链包括：制氢、高密度储运氢、用氢，用氢包括工业原料、动力燃料。氢能电化学技术，在每个环节都必不可少。

　　1.电解水制绿氢

　　氢气产生有各种途径，目前大部分还是化石能源制氢、工业复产氢、电解水制氢、生物制氢。氢有一个特点，根据氢能源的杂质含量不同，分为绿氢、灰氢、蓝氢、黑氢/棕氢。

　　还有天然氢。整个宇宙75%都是氢气，但是在地球上找不到纯的氢气，而在地底下。它通过氧化铁跟水的反应产生氢气，这叫白氢。全球都在找天然氢，但是我国目前还不是太多。

　　另外还有一种是橙氢。它需要人工处理。

　　这个图给出各种氢气产生的过程。目前，电解制氢的成本比较高，来源于电价。无论对于酸性还是碱性，电成本均是主要持续成本，且碱性下电成本占比更高!因此，需要降低槽压，催化剂去贵金属化。

　　怎么来做这件事情?第一，要有高效的催化剂，各种方式制出，让极化过程渐显小，就会降低槽压，从而降低成本，少消化电，制成更多的氢气。

　　第二个是小分子电氧化偶联制氢，这个过程也会降低槽压，降低成本。

　　第三个是电化学制氢新机制，金属可以自发的产氢气，也就是把铁或者锌，放到酸里产氢气。把这种过程跟电解制氢耦合的话，可以大幅度降低槽压，而且只产氢气。这时，有0.6伏的槽压就会到350毫安每平方厘米的电压电流。而且这种情况下不会产生负产物，正极负极都产生氢气，这是一个很高效的过程，又节省能源。

　　三种比较，牺牲阳极偶联电解制氢优势: 降低“电换氢”槽压，提升制氢效率和安全性。正负极同时产氢，不需要隔膜和氢氧分离装置，简化电解器结构。

　　2.电化学储氢：长时储能

　　电化学储氢，其实它的本质是长时储能。不同方式储能的储能时间长度不同，氢储能时间最长。

　　氢储能有两个概念，一个是狭义的氢储能，通过可再生能源发电，电制氢以后，这个氢就地收氢或者储氢，在电网需要时，通过燃料电池发电调峰。

　　氢储能(广义)强调“电氢”单向转换，以气态、液态或固态等形式存储氢气(Power-to-Gas，P2G)，或者转化为甲醇和氨气等化学衍生物(Power-to-X，P2X)进行更安全地储存。

　　这里讲一下电化学固态镁储氢，其在固态储氢的能源密度是最高的。电化学固态镁储氢，是基于一种氢负离子导体来储氢。这种方式只需要一个大气压，不需要几百个大气压。所以固态储氢是非常有前景的方式。

　　液态储氢，把可再生能源发电，通过电催化加氢还原，或者通过氮加上氢变成氨，都可以。

　　3.氢电转换：燃料电池

　　氢能是能源终极解决方案，通过可再生能源发电，电解水制氢，氢气存储后，可以做燃料，这个燃料可以提供到给氢燃料电池，或者是氢发动机，也可以用到大型重卡或者氢燃料航空发动机、火箭等场景，用途非常广。

　　谈到制氢、储氢、运氢都面临需要解决的问题。发展新能源汽车，旨在减少对石油的依赖。通过可再生发电后，一条路线是燃料电池，目前主要应用于运营车辆(公交、重卡);另外一条路线是动力锂电池，主要驱动新能源汽车。

　　锂电池领域，这些年除了在汽车方面，其实在飞机、船舶方面也有很大的发展。燃料电池领域，2025年1月9日下午，中国首型1吨级别混动倾转翼eVTOL(电动垂直起降无人机)搭载液态氢能燃料电池的飞行验证顺利完成。一系列示范，说明氢燃料电池有很大的发展潜力。

　　值得注意的是，氢燃料电池飞行器(eVols)在低空域经济中的优势凸显。我国目前发展低空经济，氢能无人机凭借续航长、寿命长、补能快等优势，正绽放无限潜力。

　　以我国新能源汽车发展为例来看，截至去年年底保有量3140万，今年还会更快发展。这个量是全世界最大数量，但是只占我国3.5亿辆机动车的8.9%。未来发展还有很大空间。

　　燃料电池目前虽然相对应用比较少，2024年突破25840辆，但是行业规划到2025年将达10万辆，今年可能还达不到，而且到2035年要达100万辆，目前增长还是慢。

　　为什么电动车发展这么快，燃料电池这么慢?这有它固有的瓶颈，还有技术问题。最大的问题是催化剂和质子交换膜。目前用于催化剂主要是铂基金属，铂基金属资源少，分布很不均匀，90%在南非，我国占量很少，这是一个限制。

　　还有价格问题，燃料电池催化剂还被少数几家国际公司所垄断，我国燃料电池工艺发展，要研发新一代催化剂。

　　跟大家介绍下燃料电池催化剂前沿进展：

　　一是提高铂基催化剂的性能和利用率。这方面主要通过调控铂基催化剂的表面结构、电子结构，以及强化燃料电池传输过程等方法。

　　二是探索和开发非贵金属催化剂。包括非贵金属催化剂(铁、钴、镍、等)，以及非金属催化剂(碳、氮、磷、等)。

　　总结：氢能源是碳达峰、碳中和的重要途径，是亟需发展的新质生产力，更是人类社会的终极能源解决方案。在氢能源的制、储、用各环节，电化学技术都发挥着不可替代的作用，但也面临着一系列新挑战。当前，亟需针对电化学关键技术的核心科学问题，如电催化剂、反应原理等，开展原创性基础科学研究，并在电解水制绿氢电解槽、燃料电池发动机，CO？和N？还原电解器等工程技术方面，超越传统的设计理念，结合基础理论研究的突破，实现跨越式发展。

　　最后，非常感谢我们团队从事这方面的研究，还有国家自然科学基金的支持。

　　非常感谢大家，谢谢!

　　(以上为演讲速记，未经演讲者审阅。)