中國儲能網(wǎng)訊：氫能來源豐富、綠色低碳，正逐步成為全球能源轉型發(fā)展的重要載體之一。山西省風光資源豐富，可再生能源裝機量位居全國前列，在清潔低碳的氫能供給上具有巨大潛力。
當氫能成為能源轉型的關鍵詞，如何將全省資源優(yōu)勢轉化為發(fā)展優(yōu)勢？近年來，中北大學“高效儲制氫技術與應用山西省重點實驗室”(以下簡稱實驗室)科研人員進行了一系列卓有成效的探索。他們以氫能高效制儲為突破口，加快氫能創(chuàng)新體系建設，強化全產(chǎn)業(yè)鏈技術攻關，以科研之力助力氫能產(chǎn)業(yè)“氫裝”上陣。
日前，記者走進實驗室，了解他們在制氫、儲氫以及產(chǎn)業(yè)實踐方面的探索和成就。
持續(xù)攻關
探尋綠氫制儲最優(yōu)解
3月5日，實驗室內(nèi)，排列有序的儀器不停運轉，一臺電解水制氫裝置正發(fā)出輕微的“滋滋”聲，水中持續(xù)冒出小氣泡。
這一幕看似簡單，卻是實踐中制氫環(huán)節(jié)的核心場景之一。田真副教授介紹：“電解水制氫是在電流的作用下，通過電化學過程將水分子分解為氫氣和氧氣，分別在陰、陽極析出。這是綠氫生產(chǎn)的重要路徑。但如何實現(xiàn)低成本、規(guī)?；茪?，同時解決儲運問題，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難題?！?/span>
針對產(chǎn)業(yè)需求，科研人員錨定制氫技術降本和安全高效儲運兩大方向發(fā)力。
在削減制氫成本上，實驗室引入新研發(fā)的高效催化劑，顯著提升了電解水制氫關鍵部件——膜電極的工作效率。通過對材料和工藝的精心雕琢，膜材料及器件的穩(wěn)定性與耐久性大幅增強。“我們通過技術手段持續(xù)提升膜的導電率，以達到商業(yè)用膜的標準。目前項目團隊已擁有多項專利，并聯(lián)合企業(yè)入駐了‘晉創(chuàng)谷’，所研發(fā)膜材料的性能指標在行業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品中處于領先水平?！蓖醭淌谡f。
“氫氣易燃易爆，密度極小，液化臨界溫度亦低，成為橫亙在氫氣儲存與運輸環(huán)節(jié)的難題。”劉長城副教授說，團隊開發(fā)了系列固態(tài)材料來實現(xiàn)氫氣儲存。在此過程中，儲氫材料宛如一個“充電寶”，不僅能夠蓄存富余能量，還可實現(xiàn)遠距離輸運，并在需要時高效可控釋放能量。不過，活潑且豐盈的氫氣若要轉變?yōu)楸阌跀y帶的“充電寶”，還需經(jīng)歷一次形態(tài)上的關鍵轉換。
經(jīng)過多次攻關，目前實驗室已成功開發(fā)出高活性鎂基儲氫材料助力氫氣儲存，制備工藝流程短、成本低，能夠適配不同應用場景。
“團隊已具備固態(tài)儲氫材料噸級/年的規(guī)模化量產(chǎn)能力，形成了從材料設計制備到系統(tǒng)集成優(yōu)化的一系列專利技術成果，并成功應用于百瓦級至千瓦級燃料電池系統(tǒng)，目前已在應急電源、無人機等場景展開產(chǎn)品設計，可顯著提升系統(tǒng)的儲氫密度、安全性與便攜性?！表椖控撠熑藦堘摳苯淌谡f，氫氣高效固態(tài)儲存和低溫可控釋放，為氫能產(chǎn)業(yè)的落地應用開辟了新路徑。
搶占風口
立足科研平臺練“氫功”
實驗室里一次次技術上的突破與革新，為山西氫能產(chǎn)業(yè)的強鏈之路不斷夯實基礎，提供源源不斷的智力支撐。
近五年，中北大學氫能研發(fā)團隊勇挑重擔，承擔國家重點研發(fā)計劃等各類科研項目超40項。在成果轉化方面成績斐然，申請發(fā)明專利50余項，實現(xiàn)科研成果產(chǎn)業(yè)化落地及專利轉化10余項。去年，實驗室再度發(fā)力，一舉攻克200千瓦級氫電混合動力系統(tǒng)應用關鍵技術，持續(xù)推動技術迭代升級……
實驗室主任郭麗表示：“團隊能取得今日的成就，緣于我省良好的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境、豐厚的產(chǎn)業(yè)實踐、學校集群式科研平臺及穩(wěn)定的研究團隊?！?/span>
能源革命進程中，我省穩(wěn)步推進氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。氫能產(chǎn)業(yè)領域豐富的場景和實踐中的難題，為展開科學研究提供了廣闊的空間。目前，中北大學在氫能技術領域已形成“材料研發(fā)—裝備設計—系統(tǒng)集成”的全產(chǎn)業(yè)鏈研究能力。
秉持人才是第一資源的理念，中北大學加快布局氫能學科群，搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展“風口”，搭建平臺練“氫功”。面向國家重大需求和山西產(chǎn)業(yè)轉型發(fā)展的迫切需求，該校積極開展前瞻性、系統(tǒng)性基礎應用研究，先后建立“高效儲制氫技術與應用山西省重點實驗室”“氫能炭基電極材料山西省重點實驗室”“山西省高純氫制備工程研究中心”“山西省氫能與燃料電池聯(lián)合實驗室”等研究平臺，研究方向涵蓋電解水制氫、氫氣純化、固態(tài)儲氫、氫燃料電池和氫氣安全等領域。
緊扣國家“雙碳”戰(zhàn)略需求，中北大學專門新設新能源科學與工程和新能源材料與器件兩個專業(yè)。學校依托我省唯一的動力工程及工程熱物理一級學科博士點，構建起本碩博貫通培養(yǎng)體系，為能源領域輸送急需人才。如今，學校已形成相對完整的雁陣型人才培養(yǎng)、科研和教學體系，隊伍結構合理、穩(wěn)定，并在長期合作基礎上圍繞主要研究方向形成若干活躍的創(chuàng)新團隊，為服務國家能源轉型戰(zhàn)略提供了強有力的人才支撐和智力保障。
校企合作
激發(fā)氫能產(chǎn)業(yè)新變革
實驗室的科研工作者，主要來自中北大學能源與動力工程學院。近年來，該學院將產(chǎn)學研合作及成果轉化視為關鍵發(fā)展路徑，鼓勵科研人員主動出擊，與企業(yè)攜手開展協(xié)同創(chuàng)新，大力推進實驗成果轉化工作，助推能源產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)轉型升級。
去年，學院先后與山西文龍中美環(huán)能科技股份有限公司、山西開源益通礦業(yè)設備制造有限公司、山西金宇科林科技有限公司、山西成城科技有限公司等企業(yè)建立了合作關系，進行技術攻關和產(chǎn)品研發(fā)。多人入選山西省科技副總項目，助力企業(yè)科技創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)?？蒲袌F隊與開封國信新材料有限公司深度合作，共同致力于高性能硅碳負極材料的研發(fā)。在雙方的不懈努力下，該項目現(xiàn)已順利通過中試階段，成功邁向規(guī)?；a(chǎn)階段，為能源領域帶來新的突破與變革。
“氫能安全貫穿制、儲、運、用全產(chǎn)業(yè)鏈條，風險隱蔽性強，事故連鎖反應快。當下，我國已建成加氫站超400座，安全技術升級迫在眉睫?！秉S鵲副教授的話語中滿是緊迫感，她表示，“氫能發(fā)展，安全必須先行，如今正從被動處置邁向主動防御?！贬槍π袠I(yè)痛點，該團隊從危險源辨識、可燃混合氣體燃爆機理分析、氣體實時在線監(jiān)測等角度攻關，打造出“監(jiān)測—阻斷—應急”三位一體的安全技術矩陣，致力于全鏈條破解氫能安全難題。
中北大學能源與動力工程學院黨委書記胡向明表示：“如今氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件逐步成熟，產(chǎn)業(yè)在核心技術體系建設、產(chǎn)品開發(fā)以及降低成本方面已取得不少突破。我們將以打造國家級氫能技術創(chuàng)新高地為目標，不斷加強基礎研究和示范應用，與產(chǎn)業(yè)各界攜手并進，一起迎接氫能規(guī)模化應用大時代的到來。”
