学以致用，让技术从抽象到具象
图丨2024氢能专精特新创业大赛年度总冠军
我国“十四五”规划提出目标，在2030年之前，太阳能和风能总装机容量将会达到1200吉瓦，截至今年7月份，中国已提前6年实现了这个目标。面对短时间内如此大规模的绿电增长，电解水制氢将成为绿电消纳的关键解决方案。
当前，制约绿氢发展的主要因素是成本问题，生产绿氢的成本一部分来自电解水制氢过程当中的电力成本，另外一部分是电解水制氢装备的成本。因此，降低可再生能源发电成本和制氢装备成本是实现绿氢工业化、规模化应用的两大关键核心。“因为我本身的研究方向就是电化学催化方向，在研究过程中一直想通过高效电化学制氢技术推动绿氢的平价化。”带着这样的愿景和使命，陶华冰在新加坡期间就开始逐步搭建团队框架，与现任鹭岛氢能设备总工程师的陶勇冰开始进行材料和动力学方面的尝试和探索。
陶华冰长期从事电解水制氢技术研究，将化学反应工程与电化学进行交叉融合，形成了独特的电化学反应工程研究方向。2020年，疫情封锁期间，陶华冰几经周折回到国内，第一次来到厦门，进入厦门大学，与郑南峰院士、田中群院士结识，展开了深度学术与产业合作交流。“厦门大学是国内电化学领域的代表性单位，在国际上也有非常高的声誉，这是我在天津大学读本科的时候就已经知道的。”于是，在回国后，他毫不犹豫地选择加入厦门大学和嘉庚实验室。
图丨鹭岛氢能工程师在进行催化剂合成
鹭岛氢能结合陶华冰团队与厦门大学、嘉庚实验室的十余年技术积淀和研究成果，聚焦高效制氢体系，突破高效电化学制氢技术，开发高效低成本电解制氢装备。“在进入氢能行业之初，我们对多个电解水制氢方向进行了综合评估，经过仔细对比，我们认为质子交换膜（PEM）电解槽在高效、灵活、安全等方面的优势，能更有效地解决绿电消纳难题；除此之外，PEM制氢技术的较高技术门槛和挑战性，与我们团队的技术背景和攻坚能力相匹配，正好能够发挥我们的强项。因此，我们决定将研发重点聚焦在PEM电解水技术领域，致力于攻克这一领域的技术难题。”陶华冰对团队的技术实力一直充满了信心。
“最重要的是要学以致用。如果学到的东西、研发的成果，最后不能转化为实际的技术和产业应用，意义就不大了。”这是陶华冰的创业初心，也是鹭岛氢能一直在做的事情。
迅速成长，从蓝图到「首台套」
图丨鹭岛氢能工程师在进行膜电极浆料的表征
PEM制氢装备过往无法大规模商业生产，主要是因为成本居高不下，PEM电解槽性能普遍较低，同等制氢量需要较多昂贵材料投入，膜电极上的催化剂依赖铱等贵金属材料，价格昂贵、利用率不高且寿命较短。
彼时，我国亟需开发具有自主知识产权的高性能电解槽，重点突破阳极催化剂、膜电极等核心材料制备技术，实现高电流密度、高能量转化效率和高稳定性。
鹭岛氢能低铱高电流密度电解槽
“提高电流密度的最大难题就是解决PEM电解水的衰减问题。我们对此做了大量测试，为的就是从底层逻辑上解决它的机理问题，之所以设计低铱高电流密度，是从PEM电解水长远应用的角度来考虑的。因为我们国家铱的储量只占全球的0.2%，因此，我们的目标是将低铱高电流密度中的铱载量降低到0.1毫克以下，以应对未来大规模应用时可能遇到的资源短缺问题。在大量测试之后，我们终于发现衰减是由催化剂形成的催化层的物理结构衰退引起的。找到这个根源问题之后，我们重新设计了一套催化剂的评价体系，并进行了大量的工艺改进和优化，从而确保了低铱高电流密度电解槽的长寿命运行。”
陶华冰带领团队成员前后做了近千次试验，终于制备出符合条件的催化剂，将膜电极材料上铱的用量降低了70%，同时，PEM电解水装备的铱有效利用率、制氢效率和装备寿命等性能不减反升，真正解决了PEM电解水技术走向市场的关键难题，也为团队向企业转变提供技术支撑。
「氢」路历程，布满荆棘
图丨兆瓦级制氢系统
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图文来源于中国氢能联盟、鹭岛氢能及网络等公开渠道
编辑丨庄婉喆
责编丨卢常佳
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