本站讯（津云新闻记者郭维）氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，同时也是未来国家能源体系的重要组成部分。近年来，全球都在推进氢能在工业、建筑、交通等领域的应用。其中，氢燃料电池作为氢能利用的重要工具，其效率的提升可以促进氢能使用的降本增效，加速氢能被更广泛地商业化应用。

不久前，天津大学焦魁教授团队在国际权威能源研究期刊《焦耳》发表创新成果，团队研发的超薄、超高功率密度氢燃料电池性能与主流同类产品相比提升了近两倍。

降低组件厚度90% 电池也学会“勤俭持家”

如此大幅度的性能提升，是如何做到的呢？团队对质子交换膜燃料的电池结构进行了重构，集成新的组件，改善了气-水-电-热传递路径，通过引入静电纺丝技术制成的超薄碳纳米纤维薄膜及石墨烯镀层的泡沫镍，去除了传统的气体扩散层和沟脊流道，有效降低了膜电极组件厚度约90%，降低了80%以上的反应物扩散导致的传质损失。

上面的学术用语，也许会让普通人听得云里雾里。别着急，一张传统燃料电池和新型燃料电池的结构对比图，可以清晰地展现电池的变化。

均匀多孔的海绵状结构，替代了传统沟脊流道结构。新的材料新的结构，让氢燃料电池获得更小且更多的氧气传输通道和排水通道。

通过拉曼光谱分析，新结构中的超薄碳纳米纤维层具有更好的石墨化结构，确保了其高电导率。

若将新结构应用于全功率燃料电池电堆，研究团队预测其不带端板的体积功率密度有望达到9.8 kW/L，带端板的体积功率密度有望达到7.7 kW/L。这个指标，比现有主流产品提高了70%-80%，接近日本新能源产业技术综合开发机构NEDO发布的2040年长期目标9.0 kW/L。

“目前，我们还在进行这种新结构的放大化、堆叠化的试验工作，并解决电池低温启动和耐久性的问题。”焦魁说，“今年，天津大学还作为牵头单位承担了‘氢能技术’重点专项。”项目以“电极仿真-电池仿真-电堆仿真-数据库-软件工具”为研发主线，探究膜电极孔尺度气水输运与电化学反应耦合机理、单电池全尺寸“气-水-热-电-力”多相多场耦合过程机理、电堆-电池跨尺度多场耦合传输与动态性能协同响应机制等重大科学问题，重点攻克膜电极结构可控生成及传输-反应耦合过程仿真技术、单电池全尺寸多场耦合过程局部降维高效仿真技术、电堆-电池跨尺度多场耦合模型与数据驱动模型全流程仿真技术、基于参数敏感性特征的仿真模型快速自动标定技术、非线性多物理场守恒方程组的预条件子加速求解技术等关键科研难点。

“参与单位包括天津大学、西安交通大学、上海交通大学、武汉理工大学、同济大学、中汽数据（天津）有限公司、中国船舶集团有限公司第七一二研究所、上海捷氢科技股份有限公司、上海治臻新能源股份有限公司、中国科学院软件研究所，总计10家单位。”焦魁表示，“项目汇聚的都是这个垂类方向上的骨干单位。长远来看，发展氢能产业有助于推动国家的能源革命、建设能源强国。”

七大氢能场景落地京津冀 科研与产业相伴相生

“高性能氢燃料电池的研究属于应用科学，在这一领域，科研与产业是相互依存、相互发展的关系。科研可以为产业提供新技术、新产品和新思想，而产业可以为科研提供实践场所、资金和人才支持。”焦魁介绍，“这些年不断有氢能项目落户天津，保税区建设了天津市氢能示范产业园，氢燃料电池重卡、叉车在天津都有应用落地，法国液化空气集团也在天津建设了氢能供应基地。这些都为氢燃料电池研究提供了潜在的应用场景，愈发健全的产业链也有助于研究成果向产品的落地转化。”

如今，氢能已被列为京津冀共同打造的6条产业链之一。首批7个氢能高速应用场景2023年在京津冀落地，带动沿途高速公路制氢、加氢等基础设施网络建设，打通氢能高速物流运输“大动脉”；另一方面，今年4月，两辆氢能重卡实现了从北京到上海1500公里的长距离运输测试，全程跨越京津冀鲁苏沪6个省市，沿途在7座加氢站加氢补能，实现了我国氢能车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。

在最近举办的2024年第三期天开创新沙龙活动上，中国氢能联盟给出预计，到2025年，我国氢能产业产值将达到10000亿元；到2050年，氢气需求量将接近6000万吨，实现二氧化碳减排7亿吨，氢能在我国终端能源体系中占比超过10%，产业链年产值达到12万亿元。如焦魁一样在氢能利用领域深耕的科研者们认为，氢产业在未来，将是一条“蓝海赛道”。

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编辑 赵晖 常可盈