高校，推動氫能普及的主力軍

1874年，凡爾納在小說《神秘島》中寫道：“總有一天，水可以被電解為氫和氧，并用作燃料，而構成水的氫和氧，將會成為供暖和照明的無限能源?！痹浀目苹?，正照進現實——千瓦級氫動力電源，可驅動觀光車穩定行駛；百瓦級氫動力電源，輕巧便攜，可作為野外工作、科考等場景下的應急電源……近年來，氫能正快速融入百姓的生活。

氫能被譽為“21世紀終極能源”。據國際氫能委員會發布的《氫能源未來發展趨勢調研報告》，預計到2050年，氫能源需求量將是目前的10倍。不過，氫能源的市場前景雖然光明且已有多個國家出臺了支持產業發展的政策，但在商用化道路上，如何廉價地大規模制氫等難題仍待破解。

高校作為科研主力軍，在推動氫能普及上一直走在社會前沿。這期整理了國內部分高校在氫能研究方面的技術突破，以饗讀者。

天津大學

聚力新能源，賦能可持續未來

研發了高性能氫燃料電池

2024年1月，天津大學焦魁教授團隊成功研發出具有超高功率密度的質子交換膜燃料電池，其性能比目前市面上的主流同類產品提升近兩倍，相關成果已發表在國際權威能源研究期刊《焦耳》上。

為應對全球氣候變化、實現“雙碳”目標，全球能源系統正在經歷深刻轉型。氫能作為一種潛力巨大的清潔能源，在此進程中發揮著重要作用。氫燃料電池被視為最有前景的氫能應用技術之一。然而，如何提高氫燃料電池的體積功率密度成為目前技術上的重大挑戰。

焦魁教授團隊對質子交換膜燃料電池的結構進行了重構，集成新的組件，改善了氣—水—電—熱傳遞路徑，成功研發了超薄、具有超高功率密度的燃料電池；團隊還通過引入由靜電紡絲技術制成的超薄碳納米纖維薄膜及泡沫鎳，去除了傳統的氣體擴散層和溝脊流道，有效降低了約90%的膜電極組件厚度，降低了80%以上的反應物擴散導致的傳質損失，最終將燃料電池的體積功率密度提升近兩倍。

經團隊估算，采用這種新型燃料電池結構的電堆峰值體積功率密度有望達到9.8千瓦每升。這項成果不僅為質子交換膜燃料電池技術的進一步發展提供了重要的指導，也預示著清潔能源領域邁向新高度的可能性。

聚焦儲能領域“高精尖缺”人才培養

近年來，以可再生能源利用技術為主的新興能源技術蓬勃興起，儲能技術成為關鍵技術之一。

天津大學以國家儲能技術產教融合創新平臺（以下簡稱“儲能平臺”）為契機、以儲能學科專業為主體、以校內各優勢學科為支撐，聯合儲能行業龍頭企業，深入推進儲能技術的交叉學科研究和產教融合探索，打通儲能領域人才鏈、創新鏈、產業鏈、供應鏈，為國家培養能夠引領儲能技術進步與產業發展的卓越工程師和科學家。

“雖然剛進入新能源領域學習，但仿佛已從山腳看到了山巔。”陳擁是天津大學儲能科學與工程專業的第一批本科生。入學不久，專業基礎課“儲能科學與工程概論”就給了他極大的震撼——課程第一講的教師竟然是電力系統領域知名專家、中國工程院院士王成山。其后，一眾學科“頂流”專家輪流授課。

儲能平臺突破現有專業、學院、行業的限制，通過共建學院聯聘、校外資源挖掘和國外人才引進等方式，打造跨學科、復合型、高層次的師資團隊。這是儲能平臺的一大優勢，而這一優勢也同樣被運用到學校的人才培養上。

儲能平臺常務副主任焦魁介紹，目前儲能平臺已經形成了以3名院士為帶頭人，由20余名國家級領軍人才、40余名國家級青年人才領銜的跨學科、復合型、高層次科研教學團隊，實現了儲能領域的全環節和全鏈條覆蓋。

除了打造頂級的科研教學團隊，天津大學還與相關企業聯合培養人才：在本科生培養階段全面引入行業內的企業參與教學和育人；在研究生培養階段實行“雙導師”制，同時支持專項博士生參與企業的研發項目，支持博士生依托企業的科研條件和重大研發項目開展博士學位論文研究，并鼓勵企業優秀青年技術骨干申請攻讀定向博士生。據了解，目前儲能平臺已與國家電網、中汽研、濰柴等數十家儲能行業頂尖企業開展了科技攻關合作，與國家能源集團、中石化、比亞迪等企業簽署了人才聯合培養協議，并正與國網天津市電力公司籌備聯合掛牌“國家儲能技術產教融合創新平臺實訓基地”。

與人才培養同步開展的還有和企業更加深入的合作。在新型電力系統儲能并網調控和關鍵裝備技術領域，天津大學與中國南方電網公司聯合成立了“南方電網公司—天津大學智能配用電與儲能”聯合研究院。在儲能系統運行可靠性和混合儲能系統關鍵技術領域，天津大學與許繼集團合作開發了百兆瓦級鋰離子儲能電站故障特性模擬系統及相關測試平臺。在儲能經濟與政策研究領域，天津大學與國家電網合作開展了基于“雙碳”背景的后勤資產運營保障模式研究……

天津大學名片

天津大學坐落于天津，是教育部直屬高校，是首批全國重點大學，是首批國家“985工程”和“211工程”建設高校，是“雙一流”建設A類高校。

學校堅持“強工、厚理、振文、興醫”的發展理念，形成了工科優勢明顯，理工結合，經、管、文、法、醫、教育、藝術等多學科協調發展的綜合學科布局。學?，F有74個本科專業，47個一級學科碩士點，34個一級學科博士點，30個博士后科研流動站。

在四輪學科評估中，學校的化學工程與技術獲評A+，光學工程、管理科學與工程、機械工程、儀器科學與技術獲評A，城鄉規劃學、動力工程及工程熱物理、環境科學與工程、建筑學、軟件工程、力學、土木工程、材料科學與工程、水利工程獲評A-。

西安交通大學

聚焦“未來新風口”——新能源

“握住”氫，開啟未來能源之路

氫能作為一種零碳排放的清潔能源，肩負著實現碳中和的重要使命，被廣泛應用于航空航天、陸運水運等領域。然而，氫易燃易爆。因此，儲氫技術是目前大規模推廣氫的瓶頸，也是科學家們一直在研究的一項技術難題。

西安交通大學張錦英教授決心攻克這項技術難題，填補能源與應用之間的斷層，讓科技成果為民所用。

然而，要設計出理想的儲能方案并非易事，除了要獲取并研究大量的原材料，還要系統地考慮具體的應用難題。張錦英教授團隊只能在實驗室里結合理論試驗材料的應用反應，尋找每一個可能的突破口。

經過長期實驗，張錦英教授團隊終于研究出了一種高密度固態儲氫材料——石墨烯界面納米閥固態儲氫材料，進而研制出了一套高效儲氫用氫的專業設備。

張錦英教授介紹，常見的高容量固態儲氫材料存在釋氫溫度高、釋氫氫氣不純、釋氫動力學不穩定、釋氫反應系統復雜等性能缺陷，而他們團隊開發的這種新型儲氫材料則很好地解決了這些問題。

石墨烯界面納米閥固態儲氫材料不僅能夠實現超高的儲氫釋氫密度，還具有超低的釋氫溫度，同時，這種材料還具有超高的安全穩定性，實現了常溫常壓下儲氫、釋氫，即使在罐體被破壞的情況下氫氣也不會快速泄漏，使氫能走向民用成為可能。此外，這種材料還具有釋氫氫氣純度高、連接簡單、加載方便等優勢。

這一研究成果相當于把氫氣“握在手里”。

目前，張錦英教授團隊正在進行基于此新型儲氫技術的便攜式氫能電源、氫能源電動車等產品的設計和開發。

瞄準世界能源科學技術前沿

經過多年深耕，西安交通大學已在新能源和能源新技術領域取得了一批創新性成果。

·重型燃氣輪機領域的跨越·

重型燃氣輪機是高新技術密集的重大裝備，是高效清潔發電系統的核心動力裝備和先進船艦的驅動設備等，具有極高的戰略地位和巨大的市場潛力。長期以來，只有美國、日本、德國等極少數發達國家能夠自主研發重型燃氣輪機。

西安交通大學王鐵軍團隊在我國無核心技術、無驗證手段、無系統基礎研究的條件下，以攻克“卡脖子”關鍵核心技術為使命，通過校企協同創新，將基礎理論研究融入企業實踐，攻克了先進重型燃氣輪機高溫葉片熱障涂層制備的關鍵核心技術，研發了高溫強度實驗裝置，建成了綜合冷效實驗系統，初步形成了我國重型燃氣輪機高溫葉片熱障涂層制備與實驗驗證能力。

2019年9月27日，我國首臺F級50兆瓦重型燃氣輪機整機點火試驗一次成功。這標志著我國在重型燃氣輪機領域，歷經多年的關鍵技術攻關，擁有了自主知識產權，打破了國外封鎖，實現了我國重型燃氣輪機制造從“0”到“1”的跨越。

·玩轉核動力系統的科研團隊·

在西安交通大學，有一個團隊堅持相關研究十余年，憑借“先進核動力系統多因素跨維度強耦合動態分析技術及應用”項目摘得2017年國家技術發明獎二等獎，這個團隊就是蘇光輝科研團隊。

核動力系統龐雜且運行工況多變，呈現多相態、多因素、病態強耦合等特點，傳統一維系統分析方法具有很大保守性和不確定度，傳統三維實體建模方法又因無法處理堆芯等龐雜結構而難以實現精細分析。

“國外系統價格高，模擬場景不全面，我們便下決心研發自己的系統。”從2002年開始，蘇光輝科研團隊就從先進的理論模型出發，針對先進核動力系統開展了關鍵技術攻關。

經過14年持續攻關，蘇光輝科研團隊針對核動力系統跨維度多因素強耦合熱工安全特性難題，建立了先進核動力系統關鍵設備稠密結構的多孔介質自適應求解模型和多區動態非平衡模型，發明了全系統跨維度多因素動態分析技術，實現了核心設備、主回路系統、專設安全系統等全系統耦合分析，滿足了國家重大核電工程和國防核動力建設的需求。

目前，該項目成果已被推廣到國內多家單位，解決了先進核動力系統跨維度精確分析的技術難題，產生了重大社會效益和重要國防意義。

·將煤炭化學能轉化為氫能·

煤炭是當前我國的主要能源，然而，大量燃煤會產生嚴重的污染。傳統燃煤、煤氣化鍋爐及其發電技術等均采用“一把火燒煤”的形式，總能效和煤電轉化率低、污染嚴重、耗水量大，脫硫、脫氮、消除粉塵及二氧化碳代價高昂。

由中國科學院院士、西安交通大學動力工程多相流國家重點實驗室主任郭烈錦教授帶領的科研團隊，歷經20年科技攻關，研發出了“煤炭超臨界水氣化制氫發電多聯產技術”（俗稱“超臨界水蒸煤”）。這一技術成功將煤炭化學能直接高效轉化為氫能，從源頭上根除了硫化物、氮化物等氣體污染物以及PM2.5等粉塵顆粒物的生成和排放。

……

要想實現“雙碳”目標，中國必定要轉變發展方式、進行能源革命，而這其中有許多“卡脖子”問題亟待解決。為助力我國的能源革命，西安交通大學瞄準世界能源科學技術前沿，在新能源創新領域貢獻著屬于自己的力量。

西安交通大學名片

1896年，盛宣懷在上海創建南洋公學；1921年，學校定名為交通大學；1956年，交通大學主體內遷西安；1957年，學校分設為交通大學西安、上海兩個部分，實行統一領導；1959年，交通大學西安部分定名為西安交通大學；2000年，西安交通大學、西安醫科大學、陜西財經學院三校合并組成新的西安交通大學。

學校首批進入國家“211工程”和“985工程”建設學校，2017 年入選國家首輪“雙一流”建設A類高校，2022 年入選國家第二輪“雙一流”建設高校。

在第四輪學科評估中，學校的動力工程及工程熱物理、電氣工程獲評A+，數學、力學、機械工程、工商管理獲評A，應用經濟學、馬克思主義理論、材料科學與工程、電子科學與技術、控制科學與工程、計算機科學與技術、管理科學與工程、公共管理獲評A-。

武漢理工大學

打造人類美好的未來

氫燃料電池的“探路者”

“科研‘無人區’的競爭，有兩種絕對的場景：一種是你在前面狂奔，看不到后面的對手；一種是別人在前面狂奔，你也看不到前面的對手?！?武漢理工大學首席教授、武漢理工氫電科技公司創始人潘牧，回憶起2000年我國氫燃料電池的起步期時，無奈地苦笑說，“當時國內研究氫能源的窘況，就是后者，更苦的是，我們跟跑、并跑了20多年！”

潘牧教授團隊當時瞄準的是氫燃料電池的最核心部件，被譽為燃料電池“芯片”的膜電極。

“研發的日子很苦，每天實驗室、食堂、宿舍三點一線，戰線長，壓力大，畢業后班上超九成的同學都先后更換到鋰電池、芯片、新材料等賽道?！眻允卦跉淙剂想姵仡I域的學生屈指可數，現任武漢理工氫電科技公司總經理的田明星就是其中一員，他說，坐穩坐熱“冷板凳”，是武漢理工氫電科技公司企業創新文化的基本傳承。

2006年，潘牧教授團隊在國內率先自主研發出“CCM”型膜電極，并孵化出中國第一家專業膜電極公司進行膜電極產業化研究。一年后，潘牧教授作為中國代表赴美制定燃料電池國際標準，其隨身攜帶的膜電極產品被美國公司訂購一空，先后為沃爾瑪、亞馬遜等裝備了數萬臺燃料電池物流叉車。

2018年，擁有10余年技術積累的武漢理工氫電科技公司應運而生，其自主研發的膜電極先后出口至美國、德國、韓國等10多個國家和地區，實現了國產膜電極對國外產品壟斷的反向輸出。

2021年，潘牧教授團隊完成的“低鉑、高效燃料電池膜電極組件制備技術及應用”項目，獲得湖北省技術發明獎一等獎。

小小一片膜，內藏大能量。20多年，潘牧教授帶領中國膜電極從跟跑到領跑，昔日黑暗中的探索者，今日手擎火把照亮了行業前行路。在潘牧教授心中，這一片片小小的薄膜不僅僅是他的產品，更是人類美好的未來。

在前沿科學領域的豐碩成果

武漢理工大學自2000年5月合并組建以來，共獲得國家級科技獎勵39項（其中學校作為第一完成單位23項），省部級科技獎勵特等獎、一等獎104項（其中學校作為第一完成單位65項），社會科技獎勵特等獎、一等獎92項（其中學校作為第一完成單位32項）。這里，我們從“基礎與交叉前沿科學原始創新”“服務建材行業轉型升級”“服務交通行業轉型升級”“服務汽車行業轉型升級”四個板塊展示武漢理工大學科研人員在能源技術等方面的創新突破。

在基礎與交叉前沿科學原始創新領域，他們提出了熱電磁全固態能源轉換新材料的科學概念，發現了熱電磁耦合產生的材料新效應與新功能，開創了高效熱電磁全固態能源轉換新材料及其變革性技術的新領域；他們揭示了光催化材料微結構與性能的關系，提出了梯形異質結的新概念，顛覆了人們對傳統II型和Z型異質結的認識，為發展新一代高效光催化材料指明了方向；他們建造了國際上第一臺超高倍聚光大型太陽能熱電—光電復合發電系統；他們結合質子交換膜電解水制氫，開辟了低成本綠色化制氫的前沿技術領域……

在服務建材行業轉型升級方面，他們發明了水泥燒成過程中低能耗與低環境負荷燒成技術，創新了開流管磨磨內選粉理論與關鍵技術，開發出了低碳膠凝材料、水泥綠色制成等系列關鍵技術，助推我國水泥工業核心技術引領世界水泥工業的發展；他們建立了有機/無機水泥基復合材料的理論設計方法，實現了混凝土材料強度韌性、工作性能的全面提升，指導制備出多類新型高性能混凝土材料，持續服務與支撐百余項國家重大工程建設……

在服務交通行業轉型升級方面，他們開拓了新能源船用技術的研究方向，研制出了船舶能效管理系統、船用光伏系統并網逆變器等關鍵系統和設備。這些系統和設備在內河和遠洋運輸船、科考船、公務船等方面得到推廣應用，且還出口至印度尼西亞和菲律賓等國……

在服務汽車行業轉型升級方面，他們研制出了“楚天一號”燃料電池樣車和金屬板燃料電池電堆，建成了我國最大的膜電極生產基地，實現了我國燃料電池高技術產品的首次批量出口，打破了燃料電池“芯片”一直被美、英壟斷的局面……

武漢理工大學在跨越發展、內涵發展的征程中，實現了整體實力的重大提升，各項事業取得了長足進步，形成了一大批具有原創性和社會影響力的高水平科技成果，在服務國家重大戰略、服務國防建設、服務區域經濟社會發展和行業轉型升級、服務國家重大工程等方面做出了重大貢獻。

武漢理工大學名片

武漢理工大學是教育部直屬的全國重點大學，是教育部和交通運輸部等部委共建高校，是國家“211工程”和“雙一流”建設高校。

學校的辦學歷史起源于1898年建立的湖北工藝學堂，辦學120多年來，學校共培養了近70萬名高級專門人才，是教育部直屬高校中為建材建工、交通、汽車“三大行業”培養人才最多的學校，也是這“三大行業”進行高層次人才培養和科技創新的重要基地。

在第四輪學科評估中，學校的材料科學與工程獲評A+，機械工程、交通運輸工程、設計學、馬克思主義理論獲評B+。

福州大學

助力新能源產業發展

“氨—氫”轉換，又一個新能源賽道

2023年9月1日，福建省科技廳公布了4個2023年度科技成果轉化典型案例。其中，福州大學“氨—氫”綠色能源技術專利轉化運用榜上有名。該技術由福州大學化工學院院長、化肥催化劑國家工程研究中心主任江莉龍及其團隊開發完成，形成了以氨為儲氫介質的“氨—氫”儲能與發電技術路線。

當下，以制氫、儲氫、運氫、用氫為主的氫能產業鏈存在儲運難、本質安全性弱等痛點，為此，國際社會高度關注一種高效、安全的氫能載體——氨。基于此，依托福州大學建設，由魏可鎂院士創建、江莉龍研究員領銜的化肥催化劑國家工程研究中心，率先在國際上開展以氨為儲氫介質的“氨—氫”儲能與發電技術路線研究。

“合成氨催化技術是我們中心的傳統優勢，現在我們利用新一代高效合成氨催化劑，通過液氨把氫存儲在氣瓶里，再通過氨熱催化分解轉化成氫氣，進而再發出電來?！苯螨堈f，“氨分解后會生成氫氮混合氣，而氫氮混合氣可不經分離，直接進入燃料電池發電，目前這個技術已處于初步商業化應用階段。”

2022年，福州大學與紫金礦業集團股份有限公司、北京三聚環保新材料有限公司成立合資公司——福大紫金氫能科技股份有限公司；同年2月，福大紫金氫能科技股份有限公司成功開發了3千瓦級的“氨—氫”燃料電池發電站并正式交付中國鐵塔股份有限公司（龍巖分公司）。這是國內首座“氨—氫”燃料電池發電站，實現了氫的即產即用和安全高效發電，解決了氫氣的儲存、運輸難題，具有零碳排放、高效率、高安全性、無噪聲、在線檢測、智能控制、多能聯供等綜合優勢，可滿足醫院、學校等場所對安靜可靠應急用電的需求，也可為通信基站、數據中心、海島等地方的應急備電、離網供電及熱電聯供提供安全清潔高效的解決方案。

重視新能源產業的發展

福州大學校長付賢智院士提出，要面向國家“雙碳”重大戰略目標，圍繞生態福建建設，根據福建省的實際情況，堅持“需求牽引，突破瓶頸”，布局新能源專業，助力地方能源產業發展。

福州大學高度重視氫能等新能源產業的發展，成立了由加拿大“三院”（加拿大皇家科學院、加拿大工程院、加拿大工程研究院）院士張久俊領銜的新能源材料與工程研究院。新能源材料與工程研究院以“綠氫制備與利用”“先進儲能材料”為突破點，面向新能源產業，研究前沿理論和先進技術，致力于開發核心材料與關鍵部件。

此外，學校還對接廣東國鴻氫能科技有限公司等新能源行業領頭企業，在人才培養、關鍵技術攻關等方面建立戰略伙伴關系，旨在校企協同解決我國發展新能源產業存在的“卡脖子”難題，助力福建省綠色經濟加速發展，為加速國內新一代“零碳”新能源產業發展和保障國家能源安全、推動社會經濟可持續發展開辟新航道。

福州大學名片

福州大學是國家“雙一流”建設高校、國家“211工程”重點建設大學、福建省人民政府與教育部共建高校。學校創建于1958年，現已發展成為一所以工為主，理工結合，理、工、經、管、文、法、藝等多學科協調發展的重點大學。

在第四輪學科評估中，學校的化學獲評A-，管理科學與工程、工商管理獲評B+。

我國氫能與氫燃料電池產業發展即將駛入快車道，據最新數據顯示，截至2022年8月，我國現存氫能相關企業2675家，涉氫上市公司150多家！

氫能與氫燃料電池產業的發展，核心是技術，關鍵在人才。然而，目前我國氫能與氫燃料電池在技術儲備、產業基礎、人才隊伍等方面都較為薄弱，與國際先進水平尚有差距。

2019年，“氫能技術應用”專業入選《普通高等學校高等職業教育（?？疲I目錄》，成為?？茖I。長春汽車工業高等?？茖W校等學校設立了該專業。隨后，2022年2月，經教育部發文批準，“氫能科學與工程”專業被正式列入《普通高等學校本科專業目錄》。該專業屬于工學、能源動力類，修業年限為四年。目前僅有華北電力大學增設了這一專業。華北電力大學官方微信指出，在該校大電力學科體系的支撐下，氫能科學與工程專業以動力工程及工程熱物理、化學工程等學科為牽引，有機融合制氫模塊、氫儲運模塊、氫安全模塊、氫動力模塊等多個氫能模塊課程。

氫能科學與工程專業正式成為本科專業，對氫能人才培養會很有幫助，但基于氫能產業技術門檻高，具有跨學科、跨行業等特點，我國還需要加強產學研融合建設，以進一步提升氫能產業的人才質量。