中国氢燃料电池输出功率提升4倍，未来或用于航天

中国氢燃料电池功率提升4倍

要点

韩国行业网站 choicenews 关注到，中国科学家开发出一项新技术，将氢燃料电池的输出功率提升至原来的4倍。这项技术有望拓宽氢燃料电池的应用范围，从公路上行驶的氢能汽车，一直延伸到航天任务。

氢能被广泛视为引领低碳时代的清洁能源。燃料电池能将氢的化学能直接转化为电能，排放物只有水。

据中国香港《南华早报》报道，北京理工大学研究团队在9月10日发表于国际学术期刊《科学》（Science）的论文中，成功大幅提升了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的性能。质子交换膜燃料电池是目前大多数氢能汽车采用的技术路线。

这类燃料电池通常在60至80摄氏度的较低温度下工作，能将氢燃料所含能量的50%至60%转化为电能。

问题出在燃料电池发生化学反应的催化层上——质子在这里的迁移速度较慢。全氟磺酸树脂（Nafion）等业界标准材料，作为广泛使用的质子传导膜，一旦与催化剂混合，往往会在纳米尺度上形成致密结构。这会拖慢质子迁移速度，限制燃料电池的效率。

中国研究团队另辟蹊径，设计出一种类似接力赛的新型界面。质子不再直接迁移到催化剂表面，而是依次跳跃穿过中间设置的多个"跳岛"。这种被称为"布朗斯特酸-路易斯碱界面"的结构，大幅提升了质子的迁移速度。

实验结果显示，新材料使质子扩散速度提高了10倍，质子电导率提高了6.5倍。反应发生前质子需要跨越的能量壁垒——活化能，也降低到原来的一半以下。

在标准工作条件下，新型燃料电池的输出功率达到传统方案的4倍。即便只使用少量铂——这种氢燃料电池通常需要的昂贵贵金属催化剂——也在0.7V电压下实现了0.75W/cm²的输出功率。

按铂用量折算，每克铂可产生6.9千瓦的功率输出，超过了目前最先进的燃料电池技术水平。

研究团队表示，这项技术在使用液氧的航天任务等高难度场景中可能格外有用。因为在这类环境下，质子在装置内部的迁移效率，直接决定了燃料电池的性能表现。

这项技术突破，正值中国氢能产业快速发展之际。截至2025年底，中国年氢气产能已超过5100万吨。在全球利用可再生能源电解水制氢的项目中，中国占比达到53%。

据中国电力报报道，2025年中国投运的燃料电池电站超过130座，装机容量合计超过30兆瓦。中国全国还将建设超过20条长距离输氢管道。

2026年，中国在政府工作报告中首次将氢能产业定位为"新的增长点"。虽然氢燃料电池乘用车数量仍远少于纯电动汽车，但政府的政策支持力度持续加大。

截至2025年底，中国在运行的氢燃料电池汽车约为3.2万辆。2026年3月，中国三个中央部委联合提出目标，计划到2030年将这一数字提升至10万辆。目前每公斤超过30元人民币的氢气零售价，也计划降至25元以下。

一旦氢气价格降至这一水平，综合购车成本、燃料费用和维护保养费用来看，氢能重卡的全生命周期成本有望比柴油车更具经济性。

不过，挑战依然存在。研究团队指出，这项技术还需要证明能在实验室之外实现产业化规模生产，同时还要在降低生产成本的同时，验证其长期安全性和可靠性。