大会精彩回顾 | 张久俊院士：氢燃料电池的发展现状及挑战

图 | 中国工程院外籍院士、加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士、加拿大工程研究院院士、福州大学教授 张久俊

在主旨报告中，张久俊院士分析了燃料电池尚未大规模产业化的原因。他指出，燃料电池技术虽然已经发展近百年，但由于技术和经济性方面的挑战，尚未实现广泛应用。当前全球共有约18亿辆燃油车，其中中国占据3-4亿辆，这些车辆的碳排放对环境造成了严重影响。因此，发展新能源汽车成为全球共识，燃料电池和锂电池是两大关键技术路径。尽管燃料电池的产业化进展缓慢，但其通过氢能实现零排放的潜力，使其成为未来能源体系的重要组成部分。

张久俊院士提出了燃料电池面临的三大挑战。第一是动态运行条件下的耐久性问题，由于燃料电池在使用过程中，电流、温度和压力波动对膜电极的损坏较大，导致其寿命难以满足长期使用的要求。第二是经济性挑战，当前燃料电池各个核心部件成本较高，尤其是膜电极、催化剂等材料的价格昂贵，使得燃料电池的成本无法与锂电池竞争。第三是加氢基础设施的不足，目前全球加氢站数量较少，中国仅有400多座，严重制约了燃料电池汽车的推广。

同时，张久俊院士提出了解决这些挑战的技术路径。在提高燃料电池耐久性方面，张久俊指出，要研发非碳支持体的Pt基催化剂，优化催化剂与支持体的结构，并通过人工智能和机器学习等手段发展新型催化剂。他特别提到，团队已经在减少铂用量和提升催化剂性能方面取得了重要突破，开发出性能优于商业催化剂的纳米线催化剂，其活性提高了约三倍。

张久俊院士强调了质子交换膜的技术进展和未来研发方向。当前质子交换膜的厚度需要做到10微米或更薄，但高温高压下膜的长期稳定性仍是一个挑战。他建议研发新型的质子交换膜材料，特别是通过添加自由基灭活剂来提高膜的稳定性。此外，他指出，气体扩散层的碳材料容易在长期使用中被氧化或失去疏水性，需研发抗氧化能力强的新型碳材料，并通过计算模型优化电流分布。

最后，张久俊总结了燃料电池市场化的关键指标，包括发动机系统功率密度达到850瓦/升、长期运行寿命超过1万小时，以及规模化生产成本降低至1500元/千瓦。他认为，虽然燃料电池的发展在技术和成本方面面临诸多挑战，但通过持续的科技创新，特别是在催化剂、膜电极等核心部件上的突破，燃料电池有望在未来实现大规模应用，并为中国乃至全球的双碳目标做出贡献。

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资料整理 | 中关村氢能产业联盟 Ruth

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