2月11日，中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟正式成立，我國氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用時(shí)代正在開啟。
全國政協(xié)副主席、科學(xué)技術(shù)部部長(zhǎng)、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主席萬鋼發(fā)表主旨演講表示：“氫能是高效清潔能源載體，具有許多無可比擬的特點(diǎn)?！?/span>
氫能被稱為21世紀(jì)的“終極能源”。國際氫能源委員會(huì)的調(diào)研報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到 2050 年，氫能源需求將是目前的10倍。不過，氫能源市場(chǎng)前景雖然光明且已有多個(gè)國家出臺(tái)了支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，但在商用化道路上，如何廉價(jià)地大規(guī)模制氫等難題仍待破解。
高校作為科研主力軍，在推動(dòng)氫能普及上一直走在前面，這次整理了近幾個(gè)月國內(nèi)外高校在氫能源研究方面的技術(shù)突破，以饗讀者。
以下以技術(shù)突破發(fā)布時(shí)間為倒序，排名不分先后。
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1. 新型高產(chǎn)氫氣催化劑誕生 氫燃料電池成本有望降低
圖片來源：phys.org
桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室和加利福尼亞大學(xué)主導(dǎo)了一項(xiàng)旨在降低氫燃料電池成本的研究，他們使用一種便宜的化合物構(gòu)建了類似于植物葉子的不平坦表面。增大表面積有助于像鉑一樣有效地催化氫氣。該工作有助于更經(jīng)濟(jì)地使用氫燃料汽車，因?yàn)榕欧诺氖撬皇且谎趸蓟蚨趸肌?/span>
研究人員已申請(qǐng)了噴霧印花工藝的聯(lián)合專利，該工藝?yán)昧畠r(jià)的二硫化鉬。與其他二硫化鉬結(jié)構(gòu)相比，漣漪“葉”增加的表面積產(chǎn)生了三倍的催化接觸點(diǎn)，創(chuàng)新點(diǎn)在于可以處理比鉑更高的溫度，而無需燒結(jié)和上膠。
2. 新型雙原子材料氫空燃料電池將已有最高活性提高20%
圖片來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
iChEM研究人員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳宇恩教授課題組與西安交通大學(xué)常春然副教授（通訊作者）等合作，成功利用雙溶劑法首次合成了一種雙原子Fe,Co固載在多孔的氮摻雜碳上的電催化劑，并將雙原子材料用于氫空燃料電池和氫氧燃料電池方面。該研究成果成功應(yīng)用雙原子催化劑作為燃料電池的陰極催化劑，大幅度降低燃料電池中的催化層成本，為燃料電池的商業(yè)化發(fā)展提供了可能。相關(guān)研究成果已發(fā)布于《美國化學(xué)會(huì)志》。
吳宇恩教授課題組的研究成功實(shí)現(xiàn)0.98 W cm-2的氫氧燃料電池最高輸出功率，及0.51 W cm-2的氫空燃料電池最高輸出功率并穩(wěn)定運(yùn)行100小時(shí)以上。在目前已報(bào)道非Pt催化劑中，該雙原子材料的氫空燃料電池的性能最高，并將已有的最高活性提高20 %。
3.鎳、鐵、鈷也能制氫？研究人員利用太陽能分解水產(chǎn)生氫燃料
圖片來源：cnBeta.COM
加州大學(xué)洛杉磯分校研究人員設(shè)計(jì)了一種能夠利用太陽能來創(chuàng)造和儲(chǔ)存能量的新型裝置。該設(shè)備可以高效地創(chuàng)建和儲(chǔ)存能量，并可用于智能手機(jī)等電子設(shè)備，為汽車創(chuàng)造氫燃料。該研究被認(rèn)為可以使氫氣車負(fù)擔(dān)得起，因?yàn)樗梢允褂面?，鐵和鈷生產(chǎn)氫氣。這些元素比目前氫氣生產(chǎn)中使用的鉑和其他貴金屬要便宜得多。
該新型裝置具有第三電極以及氫燃料電池和超級(jí)電容器中常見的正極和負(fù)極。該第三電極充當(dāng)用于儲(chǔ)存能量的超級(jí)電容器并且用作將水分解成氫氣和氧氣的裝置。且三個(gè)電極可連接到作為主電源的太陽能電池。
4. 可電解海水并收集氫能源的“太陽能浮動(dòng)平臺(tái)”方案
圖片來源：cnBeta.COM
哥倫比亞大學(xué)的工程師們提出了一種提升效率和降低設(shè)備的氫氣制備裝置，該設(shè)備是一個(gè)可以漂浮在海面上的太陽能工作臺(tái)。研究人員開發(fā)出的不需要一層隔膜的電解水方案，意味著可以在海面上進(jìn)行部署。相關(guān)研究成果已發(fā)布于《國際氫能》。
論文一作 Jack Davis 稱，在沒有隔膜的情況下，也能夠安全地演示這款設(shè)備，這讓電解海水的應(yīng)用離我們又近了一步。充當(dāng)“人工光合作用”的太陽能“發(fā)電機(jī)”，與自然界植物扮演了同樣的功效，該設(shè)備或許開啟了一種產(chǎn)生清潔、可再生能源的新機(jī)遇。
5. Hybrid-SOEC固態(tài)電解槽：制氫效率提升四倍
圖片來源：cnBeta.COM
韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)、韓國能源研究所及淑明女子大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一套基于現(xiàn)有“固體氧化物電解槽”打造的更高效率的水電解系統(tǒng)——Hybrid-SOEC。該系統(tǒng)充分利用了固態(tài)電解槽的所有優(yōu)點(diǎn)、提升了制氫的效率。相關(guān)研究成果已發(fā)布于《納米能源》。
Hybrid-SOEC 采用了由層狀鈣鈦礦物制作的混合離子導(dǎo)體和電極，在 1.5V 的電壓和 700 ℃（1292 ℉）的溫度下，每小時(shí)可生產(chǎn) 1.9 升（0.5 加侖）的氫氣，效率是現(xiàn)有系統(tǒng)的四倍以上。
6. 新型二氧化鈦表面室溫下可光催化分解水制氫
圖片來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料
合肥工大材料科學(xué)與工程學(xué)院周如龍副教授課題組與美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校曾曉成教授課題組合作構(gòu)建了一種新型的銳鈦礦二氧化鈦表面模型，可實(shí)現(xiàn)二氧化鈦可見光吸收及催化活性大幅提升，為清潔能源開發(fā)提供了新路徑。相關(guān)研究成果已發(fā)布于《先進(jìn)功能材料》。
研究人員采用第一性原理計(jì)算理論構(gòu)建了一種新型的銳鈦礦二氧化鈦表面。模擬計(jì)算結(jié)果表明，該表面具有合適的禁帶寬度，可大幅提升可見光吸收效率，且化學(xué)反應(yīng)活性極高。同時(shí)，該重構(gòu)表面在富鈦環(huán)境下能量更加穩(wěn)定，可在低氧壓和較高溫度條件下制備。分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，該表面模型可在室溫下將吸附在表面上的水分子分解，表明該表面具有很好的光催化能力，可用于光催化制氫，從而獲得清潔能源。
7. 遠(yuǎn)離二氧化碳！溫泉水也能提取氫燃料
圖片來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料
日本東北大學(xué)研究人員最新開發(fā)出一種利用溫泉水提取氫燃料的技術(shù)，在獲取氫氣過程中不產(chǎn)生二氧化碳，用這種方式制氫有助控制溫室氣體排放。未來期望可以通過生成的氫氣進(jìn)行小規(guī)模氫燃料發(fā)電，使溫泉所在地實(shí)現(xiàn)電力自給以及用于氫燃料電池汽車。
為了使天然溫泉水與金屬鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，研究人員讓約50攝氏度的強(qiáng)酸性溫泉水以每分鐘6升的流量通過一個(gè)含鋁容器，約3小時(shí)的實(shí)驗(yàn)中一共收集約20升氫氣。常用的甲烷重整等制氫方式會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，而利用這種新方法獲取氫氣不會(huì)生成二氧化碳。
8. 廉價(jià)、高效的電催化析氫催化劑有望問世
圖片來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院材料系教授陳乾旺課題組，以貴金屬銥摻雜的金屬有機(jī)框架材料作為前驅(qū)體，一步煅燒制備了氮摻雜的類石墨烯層包裹銥鈷合金核殼結(jié)構(gòu)材料，在酸性電解質(zhì)析氫反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性。該工作為今后尋找更為廉價(jià)、高效的電催化析氫催化劑提供了新思路。相關(guān)研究成果已發(fā)布于《先進(jìn)材料》。
銥鈷合金可向表面活性位點(diǎn)轉(zhuǎn)移電子，銥鈷合金表面包覆的氮摻雜的石墨烯層類似“鎧甲”，利于防止合金內(nèi)核被酸腐蝕。作為酸性析氫電催化劑（其中銥的含量?jī)H為1.56wt.%），其塔菲爾斜率僅為23mV/dec，達(dá)到10mA/cm2電流密度時(shí)其過電位僅為24mV，顯示出與商用的20%Pt/C電催化劑可比的電催化析氫性能。
9. 新型燃料電池催化劑可大幅節(jié)省成本
圖片來源：加州大學(xué)河濱分校
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