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？

有哪些應用場景？

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近日，在第九期“寧波市科技成果科普發布”活動現場，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員王宇楠針對這些問題作了詳細講解。

“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，我們如何利用？王宇楠介紹說，氫能的利用方式主要有氫內燃機和燃料電池，相比之下，燃料電池在相對溫和的條件下將化學能轉化為電能，其效率遠高于直接燃燒。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，并且實現了零碳排放。

活動現場，王宇楠向大家展示了兩個由氫能實驗室材料應用與電堆設計的示范性燃料電池產品——氫能源無人機和氫能源電瓶車。

“這個氫罐旁邊的‘黑匣子’就是無人機的發動機，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生神奇的化學反應產生電能，而反應的唯一產物是水。

質子交換膜燃料電池的核心是膜電極組件，作為膜電極的關鍵材料之一的催化劑，其作用是降低反應的活化能，促進氫、氧在電極上的氧化還原過程、提高反應速率。但目前，廣泛使用的商用催化劑成本較高，占據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催化劑擔載工藝以及結構骨架的技術路線，設計材料結構的孔徑、孔深及孔壁，突破載體高石墨化以及催化劑擔載位置精準可控。“這一方式可以有效提升催化劑的活性和使用壽命，結合產能升級，可以緩解目前膜電極組件性能低、壽命短、成本高的關鍵問題。”

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

談及未來氫能的發展方向，王宇楠表示，氫能實驗室將持續加強關鍵材料核心部件的技術轉化，形成具有完全自主知識產權的批量制備技術，以制造裝備帶動材料研發升級，以材料改良拉動制造裝備迭代，全面推動關鍵材料、核心部件、制造裝備等國產化與批量生產。

今年7月，發改委把氫能源全產業鏈納入了產業結構調整指導目錄，來引導社會資本投資，我國對氫能源的投入不僅十分有意義，而且還要實現彎道超車，搶占下一個能源高地。