第11版:科技·装备

中国能源报 2024年01月01日 星期一

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氢能关键材料技术加速进阶

■本报记者 仲蕊 《 中国能源报 》( 2024年01月01日   第 11 版)

  氢能关键材料领域的技术突破,是氢能实现产业化的关键。业内人士认为,关键材料技术决定着氢能产业链各环节重要装备整体性能与产品优势发挥。目前,我国氢能关键材料已取得诸多突破,国产化进程不断加快。

  事实上,随着燃料电池汽车示范城市群建设持续及绿氢产业发展,我国燃料电池及电解槽核心材料产业技术进步明显提速。近日,重庆市印发《重庆市先进材料产业集群高质量发展行动计划(2023—2027年)》的通知,指出要培育质子交换膜、极板、催化剂材料支撑氢能产业发展,提升新能源材料产业链自主化水平,推动产业集群发展。

  在质子交换膜领域,东岳未来、国家电投都在持续加大相关产品的研发生产。在国产催化剂方面,济平新能源、国家电投等已实现小批量应用,为大规模商业化生产储备了技术基础。在膜电极领域,2019年以来,鸿基创能、擎动科技、武汉理工氢电等多家企业的生产线先后落成,逐步开启膜电极批量化生产步伐。

  研究数据显示,2021年以来,燃料电池关键材料领域实现众多自主技术突破:100万片膜电极正式下线、年产50万平米质子膜自动化产线投产、催化剂年产量达到1500千克,气体扩散层年产量达10万平方米。

  另据了解,目前,国内有10多家企业可以研究开发燃料电池催化剂,国产催化剂年产量在100公斤—1000公斤之间。

  在制氢隔膜技术方面,天津大学化工学院教授康鹏指出,目前在全球范围内,“碱性电解水制氢隔膜材料”已发展到第三代,但由于种种原因,第三代隔膜在产能上大幅受限。“为填补国内电解水制氢复合隔膜材料技术的空白,山东蓝拓氢能科技有限公司、碳能科技等国内企业正持续进行技术攻关并已经取得成果。”

  “国产材料究竟是行还是不行,关键在于企业发挥主观能动性,在寻求技术攻关的同时,根据市场竞争格局及时调整部署。”有研集团首席科学家蒋利军提醒,“虽然国内在关键材料技术上取得了比较大的突破,在催化剂、质子交换膜、膜电极等领域形成了有相当产能规模的生产线,具备了进一步国产化的基础,但核心材料的成本仍然偏高。”

  北京大学材料科学与工程学院教授郭少军也指出:“对于燃料电池电堆而言,催化剂和膜电极可以占到整个成本的70%以上,因此,催化剂和膜电极成本是未来燃料电池最大的瓶颈问题。在氢气的清洁制备方面,催化材料制绿氢催化活性低、稳定性差等问题也亟待解决;质子交换膜电解水制氢阳极端高电压强腐蚀性环境对材料也提出了更高要求。”

  如何降低氢能关键材料成本、实现国产材料的高比例替代和氢能产业的高质量发展?业内专家认为,关键在于国产化材料稳定性好并形成稳定的产品供应能力。以膜电极为例,记者了解到,膜电极制备工艺复杂、研发周期较长,虽然目前国产膜电极性能正逐步与国际接轨,但在专业特性上仍需进一步攻关。

  此外,蒋利军认为,国产氢能关键材料市场利用率的提升,需要打好“组合拳”。“虽然近几年国内在材料领域的研发、投资热情较高,但技术的发展成熟度仍有待提高。一方面,企业要形成稳定量产能力,抓住市场应用机会;另一方面,企业需要与国外企业加强合作,进一步提高关键材料研发能力,将产品推向国际市场。”