11月16日，在第十屆動力電池應用國際峰會（CBIS2025）開幕式上，廈門大學孫世剛教授作題為“氫能與燃料電池的挑戰(zhàn)與研究”的主旨發(fā)言。

以下為現(xiàn)場速記：

氫能跟動力電池關系緊密，是交通領域重要的動力解決方案之一，很多電池公司已經布局氫能領域。我從下面幾個方面來給大家介紹：

首先，氫能首先是碳中和的重要途徑和新質生產力。這是世界各個國家碳中和的時間表，我國的任務很重，因為我們達到碳達峰是2030年，碳中和是2060年，只有30年的時間，而且接下來只有5年多的時間，就需要實現(xiàn)碳達峰，所以這個任務非常重。

其實氫能源是碳達峰、碳中和的重要途徑，用氫能對二氧化碳減排，通過可再生能源發(fā)電，到電解水制綠氫。煉鋼行業(yè)大量消耗氫，過去燒炭排放二氧化碳，而用氫則排水。同時，傳統(tǒng)合成氨，也排放二氧化碳，而用綠氫沒有二氧化碳產生。

我國氫能產業(yè)一直在布局和推動，比如從2016年的政府工作報告提出推動加氫的基礎設施建設，到今年氫能納入《中華人民共和國能源法》，在剛結束的二十大四中全會上新興產業(yè)的發(fā)展在布局。

氫能產業(yè)鏈包括：制氫、高密度儲運氫、用氫，用氫包括工業(yè)原料、動力燃料。氫能電化學技術，在每個環(huán)節(jié)都必不可少。

1.電解水制綠氫

氫氣產生有各種途徑，目前大部分還是化石能源制氫、工業(yè)復產氫、電解水制氫、生物制氫。氫有一個特點，根據氫能源的雜質含量不同，分為綠氫、灰氫、藍氫、黑氫/棕氫。

還有天然氫。整個宇宙75%都是氫氣，但是在地球上找不到純的氫氣，而在地底下。它通過氧化鐵跟水的反應產生氫氣，這叫白氫。全球都在找天然氫，但是我國目前還不是太多。

另外還有一種是橙氫。它需要人工處理。

這個圖給出各種氫氣產生的過程。目前，電解制氫的成本比較高，來源于電價。無論對于酸性還是堿性，電成本均是主要持續(xù)成本，且堿性下電成本占比更高！因此，需要降低槽壓，催化劑去貴金屬化。

怎么來做這件事情？第一，要有高效的催化劑，各種方式制出，讓極化過程漸顯小，就會降低槽壓，從而降低成本，少消化電，制成更多的氫氣。

第二個是小分子電氧化偶聯(lián)制氫，這個過程也會降低槽壓，降低成本。

第三個是電化學制氫新機制，金屬可以自發(fā)的產氫氣，也就是把鐵或者鋅，放到酸里產氫氣。把這種過程跟電解制氫耦合的話，可以大幅度降低槽壓，而且只產氫氣。這時，有0.6伏的槽壓就會到350毫安每平方厘米的電壓電流。而且這種情況下不會產生負產物，正極負極都產生氫氣，這是一個很高效的過程，又節(jié)省能源。

三種比較，犧牲陽極偶聯(lián)電解制氫優(yōu)勢: 降低“電換氫”槽壓，提升制氫效率和安全性。正負極同時產氫，不需要隔膜和氫氧分離裝置，簡化電解器結構。

2.電化學儲氫：長時儲能

電化學儲氫，其實它的本質是長時儲能。不同方式儲能的儲能時間長度不同，氫儲能時間最長。

氫儲能有兩個概念，一個是狹義的氫儲能，通過可再生能源發(fā)電，電制氫以后，這個氫就地收氫或者儲氫，在電網需要時，通過燃料電池發(fā)電調峰。

氫儲能（廣義）強調“電氫”單向轉換，以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)等形式存儲氫氣(Power-to-Gas，P2G)，或者轉化為甲醇和氨氣等化學衍生物(Power-to-X，P2X)進行更安全地儲存。

這里講一下電化學固態(tài)鎂儲氫，其在固態(tài)儲氫的能源密度是最高的。電化學固態(tài)鎂儲氫，是基于一種氫負離子導體來儲氫。這種方式只需要一個大氣壓，不需要幾百個大氣壓。所以固態(tài)儲氫是非常有前景的方式。

液態(tài)儲氫，把可再生能源發(fā)電，通過電催化加氫還原，或者通過氮加上氫變成氨，都可以。

3.氫電轉換：燃料電池

氫能是能源終極解決方案，通過可再生能源發(fā)電，電解水制氫，氫氣存儲后，可以做燃料，這個燃料可以提供到給氫燃料電池，或者是氫發(fā)動機，也可以用到大型重卡或者氫燃料航空發(fā)動機、火箭等場景，用途非常廣。

談到制氫、儲氫、運氫都面臨需要解決的問題。發(fā)展新能源汽車，旨在減少對石油的依賴。通過可再生發(fā)電后，一條路線是燃料電池，目前主要應用于運營車輛（公交、重卡）；另外一條路線是動力鋰電池，主要驅動新能源汽車。

鋰電池領域，這些年除了在汽車方面，其實在飛機、船舶方面也有很大的發(fā)展。燃料電池領域，2025年1月9日下午，中國首型1噸級別混動傾轉翼eVTOL（電動垂直起降無人機）搭載液態(tài)氫能燃料電池的飛行驗證順利完成。一系列示范，說明氫燃料電池有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

值得注意的是，氫燃料電池飛行器（eVols）在低空域經濟中的優(yōu)勢凸顯。我國目前發(fā)展低空經濟，氫能無人機憑借續(xù)航長、壽命長、補能快等優(yōu)勢，正綻放無限潛力。

以我國新能源汽車發(fā)展為例來看，截至去年年底保有量3140萬，今年還會更快發(fā)展。這個量是全世界最大數量，但是只占我國3.5億輛機動車的8.9%。未來發(fā)展還有很大空間。

燃料電池目前雖然相對應用比較少，2024年突破25840輛，但是行業(yè)規(guī)劃到2025年將達10萬輛，今年可能還達不到，而且到2035年要達100萬輛，目前增長還是慢。

為什么電動車發(fā)展這么快，燃料電池這么慢？這有它固有的瓶頸，還有技術問題。最大的問題是催化劑和質子交換膜。目前用于催化劑主要是鉑基金屬，鉑基金屬資源少，分布很不均勻，90%在南非，我國占量很少，這是一個限制。

還有價格問題，燃料電池催化劑還被少數幾家國際公司所壟斷，我國燃料電池工藝發(fā)展，要研發(fā)新一代催化劑。

跟大家介紹下燃料電池催化劑前沿進展：

一是提高鉑基催化劑的性能和利用率。這方面主要通過調控鉑基催化劑的表面結構、電子結構，以及強化燃料電池傳輸過程等方法。

二是探索和開發(fā)非貴金屬催化劑。包括非貴金屬催化劑（鐵、鈷、鎳、等），以及非金屬催化劑（碳、氮、磷、等）。

總結：氫能源是碳達峰、碳中和的重要途徑，是亟需發(fā)展的新質生產力，更是人類社會的終極能源解決方案。在氫能源的制、儲、用各環(huán)節(jié)，電化學技術都發(fā)揮著不可替代的作用，但也面臨著一系列新挑戰(zhàn)。當前，亟需針對電化學關鍵技術的核心科學問題，如電催化劑、反應原理等，開展原創(chuàng)性基礎科學研究，并在電解水制綠氫電解槽、燃料電池發(fā)動機，CO？和N？還原電解器等工程技術方面，超越傳統(tǒng)的設計理念，結合基礎理論研究的突破，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

最后，非常感謝我們團隊從事這方面的研究，還有國家自然科學基金的支持。

非常感謝大家，謝謝！

(以上為演講速記，未經演講者審閱。)