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“氢”能量,超乎你的想像!

   2023-11-21 宁波市科普发展中心甬派41370
核心提示:我国对氢能源的投入不仅十分有意义,而且还要实现弯道超车,抢占下一个能源高地

什么是氢能源?

为何称它为“终极能源”?

氢能燃料电池的工作原理是什么?

有哪些应用场景?

……

近日,在第九期“宁波市科技成果科普发布”活动现场,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员王宇楠针对这些问题作了详细讲解。

“氢是元素周期表里的1号元素,在宇宙中最为常见,占宇宙总质量的四分之三。”王宇楠表示,氢用作能源时,其燃烧值很高,燃烧同等质量的氢气所放出的热量是天然气或普通汽油的2倍以上。而且,氢燃烧后的产物是水或水蒸气,因此氢能是自然界的脱碳化能源,是真正的清洁能源。

这么好的氢能源,我们如何利用?王宇楠介绍说,氢能的利用方式主要有氢内燃机和燃料电池,相比之下,燃料电池在相对温和的条件下将化学能转化为电能,其效率远高于直接燃烧。更重要的是,燃料电池最大限度地隔绝了氢气和氧气,极大提升了安全性,并且实现了零碳排放。

活动现场,王宇楠向大家展示了两个由氢能实验室材料应用与电堆设计的示范性燃料电池产品——氢能源无人机和氢能源电瓶车。

“这个氢罐旁边的‘黑匣子’就是无人机的发动机,也就是氢能燃料电池电堆。”王宇楠介绍,在燃料电池的膜电极上会发生神奇的化学反应产生电能,而反应的唯一产物是水。

质子交换膜燃料电池的核心是膜电极组件,作为膜电极的关键材料之一的催化剂,其作用是降低反应的活化能,促进氢、氧在电极上的氧化还原过程、提高反应速率。但目前,广泛使用的商用催化剂成本较高,占据燃料电池整体电堆总成本约40%。

王宇楠表示,氢能实验室通过改进催化剂担载工艺以及结构骨架的技术路线,设计材料结构的孔径、孔深及孔壁,突破载体高石墨化以及催化剂担载位置精准可控。“这一方式可以有效提升催化剂的活性和使用寿命,结合产能升级,可以缓解目前膜电极组件性能低、寿命短、成本高的关键问题。”

目前,氢能源已经走进我们的生活。凭借燃料能量转化率高、噪声低以及碳零排放等优点,氢能的使用场景十分丰富,可广泛应用于汽车、飞机、列车、轮船等交通工具以及固定电站。

谈及未来氢能的发展方向,王宇楠表示,氢能实验室将持续加强关键材料核心部件的技术转化,形成具有完全自主知识产权的批量制备技术,以制造装备带动材料研发升级,以材料改良拉动制造装备迭代,全面推动关键材料、核心部件、制造装备等国产化与批量生产。

今年7月,发改委把氢能源全产业链纳入了产业结构调整指导目录,来引导社会资本投资,我国对氢能源的投入不仅十分有意义,而且还要实现弯道超车,抢占下一个能源高地。

 
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