厦门：突破关键技术难题 跑在氢能赛道前列

突破关键技术难题 跑在氢能赛道前列

嘉庚创新实验室近日发布自主研发的高性能兆瓦级PEM制氢装备新产品，使氢气不再局限于传统集中式厂房大规模生产

厦门日报讯（记者 吴君宁）14日中午，厦门大学化学化工学院副教授、博导，嘉庚创新实验室PEM制氢项目负责人，鹭岛氢能（厦门）科技有限公司董事长陶华冰站在办公室的写字板前，拿着记号笔给记者“上课”。为了让他所负责的嘉庚创新实验室PEM电解水制氢项目能够被更好地理解，陶华冰甚至科普起水分子分解为氢和氧的原理。

PEM电解水制氢，是目前生产氢气最环保的技术路线之一，使用可再生能源制氢，“唯一缺点就是贵”。陶华冰团队努力攻克的难点，就是让生产成本快速下降、效率进一步提升。

在隔日嘉庚创新实验室举办的科研产品发布会上，陶华冰团队发布了这一成果——我国自主研发的高性能兆瓦级PEM制氢装备新产品。它在额定功率下每小时可以生产200多标方氢气，直流电耗4.3度/标方，此外还有其他诸多优点。

这一里程碑式进展的意义在于，它使作为能源的氢气不再局限于传统集中式的厂房大规模生产，而是让这种从未规模化的电解水制氢技术进行能源级别的制氢成为可能。

50位实验人员做了近千次试验

制氢不是新事物。当前用化石燃料制造的氢气占据全球氢气产量的96%，此过程产生了大量的温室气体。陶华冰团队的制氢项目也不算新，全称叫“质子交换膜电解水制氢”，但几十年来因为成本高昂，只在载人航天、核潜艇等特殊领域少量应用。

“电解水制氢是在直流电的作用下，通过电化学过程将水分子分解为氢气和氧气，分别在阴、阳极析出。”陶华冰画着示意图解释说，在PEM制氢技术中，电化学反应的核心场所电解槽——其中的催化剂、膜电极材料是技术突破口。

他进一步解释，PEM制氢时，电解槽内的阳极材料需要在酸性环境下工作，环境条件非常苛刻，所以需要耐腐蚀、耐强氧化环境的同时又能导电、提高反应速度的材料。

在众多金属材料中，只有铱（Ir）这样昂贵而稀有的贵金属氧化物可以满足要求。然而，铱一年全球的产量只有5吨-10吨，价格是黄金的2倍以上。

2020年，陶华冰从新加坡归国，带上几名工程师，一头扎进电化学材料领域的研究中。如何在规模化生产这种材料的同时降低成本？他和团队成员们围绕这个方向，一干就是2年多。研究的主攻方向，就是关键的那层膜电极。

“我们50位实验人员前后做了近1000次试验，终于制备出符合条件的催化剂，做到了在膜电极材料上铱用量降低了70%，性能却丝毫不减，同时能实现电流密度提升，达到更高性能。”在陶华冰其中一个实验室里，科研团队成员温工向记者展示了这张约一张A4纸大小的膜电极，它两面各附着一层催化剂材料，灰蓝色的一面含铱，灰白色一面含铂。

令团队更骄傲的是，在这背后，他们自主研发的测试仪器是重要的“幕后功臣”。“催化剂制备中重要的不仅在工艺上，最大的挑战是对性能的测试。”陶华冰坦言，常常十几台测试仪器同时运转，才能帮他们快速地筛选工艺。

在他另一间实验室中，不同规格的测试仪器整齐排布，几乎全是自主研发的。如今，这些测试仪器也开始帮助更多企业与高校验证科研成果。