“氫”裝上陣 捷氫科技突破風(fēng)電制綠氫關(guān)鍵技術(shù)

編者按

在自治區黨委、政府高位推動(dòng)下，內蒙古以“起跑就領(lǐng)先”的魄力，按下科技“突圍”快進(jìn)鍵，錨定稀土、儲能、氫能、乳業(yè)、空天計量等戰略領(lǐng)域，以“非常之舉”在重點(diǎn)點(diǎn)位上精準落子，讓科技創(chuàng )新成為高質(zhì)量發(fā)展的“關(guān)鍵變量” 與“最大增量”。

這里既有“工業(yè)維生素”稀土的“精密蛻變”，也有綠電儲能的“綠色革命”，更有空天技術(shù)的“高度突破”……每一個(gè)點(diǎn)位“突圍”都在尋找高質(zhì)量發(fā)展的“最優(yōu)解”。為此，我們特開(kāi)設“突圍進(jìn)行時(shí)”專(zhuān)欄，將目光對準這些滾燙的創(chuàng )新現場(chǎng)，記錄“卡脖子”技術(shù)突破的艱辛，見(jiàn)證新質(zhì)生產(chǎn)力破繭的喜悅，傾聽(tīng)科研人員勇立潮頭的心聲，共同書(shū)寫(xiě)北疆大地向新質(zhì)生產(chǎn)力進(jìn)軍的生動(dòng)篇章。

走進(jìn)PEM電解水制氫設備研發(fā)車(chē)間，工程師們正緊鑼密鼓地進(jìn)行調試。這臺設備核心是一張薄如蟬翼的膜電極，它能在寬功率波動(dòng)下高效工作，以適應風(fēng)電的波動(dòng)性進(jìn)行柔性制氫。目前，該技術(shù)已進(jìn)入工程化示范階段，未來(lái)將為燃料電池重卡提供低成本綠氫，助力內蒙古實(shí)現“雙碳”目標。

2024年，由內蒙古捷氫科技有限公司牽頭，聯(lián)合中國科學(xué)院過(guò)程工程研究所、山東賽克賽斯氫能源有限公司、深圳航天科技創(chuàng )新研究院等頂尖團隊，共同實(shí)施科技“突圍”工程氫能點(diǎn)位專(zhuān)項“寬功率波動(dòng)適應性百千瓦級PEM 電解水制氫裝備的開(kāi)發(fā)及工程化示范應用項目”，攻克PEM電解水制氫“卡脖子”難題。

為什么“綠氫”如此重要?隨著(zhù)全球能源轉型加速，氫能成為實(shí)現碳中和關(guān)鍵路徑。然而，傳統電解水制氫技術(shù)成本高、效率低，難以匹配風(fēng)電、光伏波動(dòng)性。PEM技術(shù)雖具有效率高、響應快等優(yōu)勢，卻因核心材料依賴(lài)貴金屬銥、質(zhì)子交換膜依賴(lài)進(jìn)口而難以大規模推廣。

“我們要用自主技術(shù)打破國外壟斷，讓綠氫真正‘用得起’。”項目負責人王昊介紹，團隊從催化劑、質(zhì)子交換膜、電解槽設計三大方向同步攻關(guān)。在實(shí)驗室，新型低銥合金納米團簇表現驚艷——銥載量?jì)H為0.3 mg cm-2，卻能在2A cm-2超大電流密度下穩定工作3000小時(shí)，發(fā)展多級釜串聯(lián)工藝，實(shí)現低銥催化劑制備過(guò)程中粒徑及形貌可控，實(shí)現百克級量產(chǎn);研究團隊通過(guò)構筑復合“三明治結構”，開(kāi)發(fā)了具有支博層結構的改性全氟磺酸薄型膜質(zhì)子傳導率突破0.2 S/cm,性能媲美國際頂尖產(chǎn)品;在多孔傳輸層方面，通過(guò)鈦氈耦合直通孔，并結合表面鍍層工藝，極大地強化了水氧傳質(zhì)過(guò)程，在2A cm-2的電壓較傳統傳輸層降低了0.08V;最終集成寬功率波動(dòng)適應性的兆瓦級PEM電解水制氫裝備。

首臺兆瓦級PEM電解槽即將下線(xiàn)，將與鄂爾多斯市綠動(dòng)能源發(fā)展集團、鄂爾多斯市億鼎弘新能源有限公司合作，建設“制儲加一體站”，促進(jìn)可再生能源電力的高效消納，實(shí)現可再生能源的多渠道利用，為氫能產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展注入強勁動(dòng)力，推動(dòng)清潔能源的廣泛運用和碳減排進(jìn)程。

“科技‘突圍’沒(méi)有捷徑，只有產(chǎn)學(xué)研擰成一股繩。”項目負責人王昊說(shuō)。目前，團隊已發(fā)表高水平論文4篇，培養氫能領(lǐng)域人才10名。未來(lái)，這項技術(shù)還將拓展至化工、冶金等領(lǐng)域，為內蒙古打造“氫能走廊”提供技術(shù)支撐。

項目的順利推進(jìn)，為內蒙古能源轉型提供切實(shí)可行技術(shù)路徑，也為自治區可再生能源制氫積累寶貴經(jīng)驗。隨著(zhù)氫能基礎設施的逐步完善，綠氫有望成為連接風(fēng)電、光伏與工業(yè)脫碳重要紐帶，推動(dòng)能源體系向更高效、更低碳方向穩步前進(jìn)。