氢燃料电池效率革命 新型离子材料提高氢离子电导率

瞻观前沿

研究人员通过开发使用金属有机框架(MOF)的固体电解质材料，在氢燃料电池技术方面取得了突破。这种方法显著提高了氢离子电导率。该团队在 MOF 中创新地使用了低酸度客体分子，从而获得了具有高导电性和耐用性的材料。这一进步有望提高氢燃料电池的效率，为可持续能源解决方案做出贡献。

在UNIST化学系Myoung Soo Lah教授的带领下，该团队成功开发出利用金属有机框架(MOF)的固体电解质材料。这种创新方法显著增强了氢燃料电池中使用的固体电解质内氢离子的电导率。此外，研究团队引入了低酸度的客体分子，这标志着用于此目的的中间体中的开创性成就。通过实施一种增加 MOF 孔内客体分子数量的新颖方法，他们提高了氢离子电导率。

研究小组将注意力转向 MOF 作为潜在的替代品。MOF是由通过有机配体互连的金属簇组成的材料，形成多孔结构。凭借优异的化学和热稳定性能，MOF 最近在燃料电池应用中引起了极大的兴趣。此外，MOF 生成后具有不同尺寸的孔，可通过这些通道引入客体分子来开发具有高氢离子电导率的材料。

该研究结果为通过利用金属有机框架来提高氢燃料电池的效率和性能带来了巨大的希望。这一突破有助于加快可持续能源解决方案的进展，与全球脱碳努力相一致。

图片来源：摄图网

技术价值观察

氢燃料电池产业链主要由上游原材料、中游集成以及下游应用端组成，产业链较长，参与方众多。具体来看，氢燃料电池产业上游主要是膜电极、双极板、各类管阀件与传感器、储氢瓶等发动机零部件生产制造行业;中游为燃料电池发动机系统及电堆集成行业;下游各大应用领域包含交通运输中的乘用车、商用车;固定发电中的家用或者电站用发电机及其他特殊领域等。

研究人员利用金属有机框架(MOF)的固体电解质材料提高氢离子电导率，从而提高氢燃料电池效率。因此，该技术处于氢燃料电池产业链上游原材料环节。

宏观市场观察

——成本结构

氢燃料电池系统由燃料电池组和辅助系统组成。燃料电池堆是核心部件，它负责将化学能转化为电能以提供汽车动力支持。四个辅助系统主要是供氢系统、供气系统、水管理系统和热管理系统。燃料电池系统产生的电力通过动力控制单元传到电动机，在电池的辅助下，在需要时提供额外的电力。从成本来看，氢燃料电池系统中最核心的部分是燃料电池电堆，其成本占比接近50%。

——氢燃料电池产能规模

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。由于其燃料气体来源丰富、效率高、无噪声、无污染，符合节约能源和生态环保的政策趋势，行业发展趋势向好。

从我国氢燃料电池产能规模来看，2017-2021年的复合增速达到39%，2021年全国氢燃料电池产能规模超过420MW，同比增长35%。

——氢燃料电池产量、产能利用率情况

从氢燃料电池产量规模来看，近年来中国氢燃料电池产量规模整体呈现逐年增长态势。2021年，中国氢燃料电池产量规模超过250MW，同比增长60%左右。

从产能利用率来看，2017-2021年整体呈现波动变化态势，近几年有所下滑，2021年的产能利用率超过60%。

中国氢燃料电池技术赛道热力图

根据产业热力图显示，与氢燃料电池关键技术强关联的城市集群主要集中在华南地区，并且以深圳市为重点发展区域，未来布局氢燃料电池技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市的福田区、广东省深圳市龙华区和广东省深圳市宝安区所处氢燃料电池的相关企业，以及该地方对于氢燃料电池的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

经济学人APP资讯组

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标签： 燃料电池 电导率 产能 随笔