从人工树叶到超薄分离膜 韩国氢能技术现在什么水平

氢能经济能走多远，说到底还是看技术。韩国《月刊氢能经济》近日把韩国研究团队的最新进展列了一列。

32天的实验，机器人17小时搞定

韩国能源技术研究院（KIER）清洁燃料研究室的朴智贊博士团队，最近搭出了一套全自动催化剂性能评估系统——整个流程从头到尾不需要人插手。

催化剂研发离不开大量重复实验，这套系统的意义就在于：速度快了，数据也更准了，两件事同时解决了。

过去做催化剂实验，基本都靠人工：换样品、记数据，全凭研究员一双手。这带来两个老问题，一是不同人做出来的结果有偏差，二是单纯的重复劳动太耗时间。

研究团队的解法是部署两台机器人，各司其职。

第一台负责测量：按照预设方案识别、装载样品，自己完成光谱测量和记录，把原本靠人"手感"来把控的环节彻底自动化。第二台负责"打杂"：摆样品、回收样品、处理废料、换耗材，让实验可以24小时不停跑，数据也不会断。

两台机器人配合下来，效果很直观——原来要32天才能跑完的实验，现在17小时就能完成，缩短到了原来的1/45。数据的重复性也更好，可信度提升了32%。

不用晒太阳，LED灯一开就能产氢

UNIST（蔚山科学技术院）能源化学工程系的张志賢教授团队，做了一片"人工树叶"——仿的是植物叶绿素吸光产能的原理，把光电极和催化剂合在一起，放在室内LED灯下就能产氢，不需要接外部电源。

这项研究有意思的地方，在于它选了一个反常识的材料——硫化物。硫化物怕强光，在阳光直射下容易腐蚀，但研究团队偏偏把它用在室内弱光环境下，原来的缺点反而不是问题了。

弱光下产生的电荷比较少，这个问题他们用二氧化钛（TiO₂）异质结电极来解决——让正负电荷在传输途中不容易"跑丢"，尽量全部用来产氢。硫化物表面还涂了一层磷酸盐，既防腐蚀，又加快了电荷传输。

最后测出来的结果：只靠室内照明，产氢能力跟用铂催化剂差不多；连续跑12小时，性能还剩初始的94%。

催化剂用的是廉价的镍，而且可以像印刷一样批量制备，放大生产不难。研究团队把4片85cm²的人工树叶串在一起，在室内灯光下稳定输出了5mA的光电流。

贵金属只用了原来的1.5%，还更耐用

韩国科学技术研究院（KIST）极端物性材料研究中心的罗钟范、金钟敏博士团队，在电解水催化剂上做出了一个有点反直觉的结果：贵金属用得极少，效果却更好，寿命还更长。

电解水产氢靠的是两个反应——析氢（HER）和析氧（OER）。这两个反应以往需要各自配一套催化剂，离不开大量铱这种昂贵的贵金属。

另一个麻烦是，催化剂要固定在电极上通常得用黏合剂，但黏合剂会挡电、时间长了催化剂还容易脱落。

研究团队的思路是：把铱"打碎"到原子级别，均匀分散在锰-镍-植酸构成的载体上。这样做的好处很直白——同样多的铱，接触面积大了很多，用量自然可以大幅减少。

更关键的是，这些铱单原子能同时推动两个反应，一个催化剂做了两套催化剂的活。

固定方式也换了思路：不用黏合剂，直接在电极表面"长"出催化剂。导电性更好，也不存在脱落的问题。

把这套催化剂装进阴离子交换膜（AEM）电解槽测试，连续运行超过300小时，性能基本没有衰减。

越薄越容易撕？这个团队偏不信这个

燃料电池里有一层分离膜，专门把正负极隔开，只让氢离子通过，不让氢气过去。道理上膜越薄，离子走得越快，电池效率越高——但行业里用了多年的ePTFE薄膜有个死结：越薄越容易破，气体还容易渗漏。

建国大学材料工程系尹基路教授团队联合韩国生产技术研究院和首尔大学，把这个死结解开了。

他们的方法是把两种工艺叠在一起用：先用静电纺丝把PTFE高分子液体"纺"成纳米级的纤维，做成无纺布骨架；再把离聚体（负责传导离子的材料）填进骨架的孔隙里，最后往两个方向同时拉伸。

拉完之后，面积扩大了3倍，厚度却从原来缩到了19.8µm，大约是原来的1/9。关键是，拉伸让离聚体和纤维骨架咬合得更紧，遇水也不变形，强度和阻氢能力反而上去了。

性能测试的数据：0.6V下电流密度2.786A/cm²，最大功率密度1.986W/cm²，超过现有商用产品；循环21000次以上，性能几乎没有下滑；氢气渗透量也控制在3mA/cm²以下，达到了美国能源部对车用分离膜的标准。

越薄越脆，这个结论在这里不成立了。

铂道综合韩国行业网站报道。