第196章 氢融芯 氢能储能材料突破（1/2）

全球能源转型的浪潮迈入深水区，单一能源形式的利用已难以满足碳中和目标下的多元需求，氢能作为兼具储能、跨领域供能、零碳排放的终极能源之一，成为全球产业布局的核心赛道。彼时，风电、光伏等可再生能源的装机量呈爆发式增长，但其间歇性、波动性的痛点亟待高效储能技术破解，而氢能凭借长周期、大容量、跨地域的储能优势，成为破解这一难题的关键。但全球氢能产业的发展，却卡在了核心材料的瓶颈上——氢燃料电池的质子交换膜电解质传导效率低、耐温性差，储氢材料的储氢密度低、常温常压下稳定性不足，这两大痛点直接制约了氢能“制-储-用”全产业链的商业化落地。

作为全球新能源材料产业的领航者，启航新能源的目光早已聚焦氢能赛道。此前启动的“昆仑五号”计划，将氢能储能材料攻坚列为核心板块，与全固态电池、光储充一体化材料研发并行推进。林舟在氢能产业战略研讨会上明确方向：“氢能是全球能源转型的终极拼图，而核心材料的突破，是解锁氢能产业的关键钥匙。我们要发挥在电解质材料、复合材料研发上的技术积淀，攻克质子交换膜与储氢材料的核心难题，打造氢能‘制-储-用’全链条的材料体系闭环，让中国技术成为全球氢能产业发展的基石。”

此次攻坚，由陈默挂帅，整合启航全球研发中心与联盟内的中科院大连化物所、德国马普研究所等顶尖科研机构的氢能研发团队，组建了近200人的跨学科攻坚小组，实验室被划分为质子交换膜电解质、储氢材料两大攻坚区域，配备了全球领先的质子传导率测试系统、储氢性能表征平台，开启了日夜兼程的技术攻关。

攻坚的首个主战场，是氢燃料电池核心的质子交换膜电解质。彼时行业主流的全氟磺酸质子交换膜，虽具备一定的质子传导性，但存在两大致命缺陷：一是质子电导率不足，常温下仅为0.08~0.1S/，难以满足高功率燃料电池的需求；二是耐温性差，超过80℃后膜体易脱水，传导性能急剧衰减，限制了燃料电池在高温工况下的应用。更关键的是，全氟磺酸膜的生产技术被欧美企业垄断，核心原料依赖进口，成为氢能产业发展的“卡脖子”难题。

研发团队最初尝试在全氟磺酸膜的基础上进行改性，通过引入纳米杂化粒子提升其耐温性，但效果差强人意——耐温性虽提升至100℃，质子电导率却不升反降，且膜体的机械强度大幅下降，易出现破损。连续一个月的实验，上百种改性方案均以失败告终，研发团队陷入了“传导率与耐温性不可兼得”的技术死局。“与其在别人的技术框架下修修补补，不如跳出固有思维，重新设计质子交换膜的分子结构。”中科院大连化物所的李院士在攻坚研讨会上提出全新思路，“利用我们在杂环聚合物领域的技术优势，以杂环芳纶为基体，引入磺酸基、磷酸基双质子传导基团，打造全新的杂环聚合物改性质子交换膜，兼顾高传导性、高耐温性与高机械强度。”

这一思路如同拨开迷雾，研发团队立刻调整方向，聚焦杂环聚合物的分子设计与合成。杂环芳纶本身具备优异的机械强度和热稳定性，而磺酸基、磷酸基双基团的引入，能构建双重质子传导通道，大幅提升质子传导效率。但新的难题随之而来：双基团的引入比例难以把控，比例过高会导致膜体溶胀率过大，比例过低则无法实现高效传导。研发团队通过分子模拟技术，精准计算基团引入比例，同时采用原位聚合工艺，将纳米二氧化硅粒子嵌入膜体内部，形成物理交联点，既抑制膜体溶胀，又进一步提升质子传导效率。

经过三个月的上千次实验，研发团队终于成功合成出杂环聚合物改性质子交换膜电解质，各项性能指标均实现颠覆性突破：常温下质子电导率提升至0.2S/，是传统全氟磺酸膜的2倍以上；耐温性突破120℃，在100℃高温、低湿度环境下，质子传导率仍能保持90%以上；膜体的拉伸强度达80MPa，机械强度远超行业标准，且化学稳定性优异，在燃料电池工作环境下可稳定运行小时以上。更重要的是，该质子交换膜的核心原料全部实现国产，生产工艺与启航现有电解液生产线可兼容，大幅降低了产业化成本，彻底打破了欧美企业的技术垄断。

在质子交换膜电解质取得突破的同时，储氢材料的攻坚也进入了关键阶段。储氢是氢能产业链的核心环节，而彼时行业主流的储氢方式，要么是高压气态储氢，储氢密度低、安全性差；要么是低温液态储氢，能耗高、成本高；固态储氢虽具备安全、高效的优势，但现有储氢材料的储氢密度低，且大多需要在高温高压下才能实现吸放氢，难以满足商业化应用需求。启航研发团队将攻坚目标锁定在多孔碳基复合储氢材料，依托在碳材料、复合材料研发上的技术积累，打造一款兼具高储氢密度、常温常压下稳定吸放氢的固态储氢材料。

多孔碳材料因具备超大的比表面积和丰富的孔道结构，是理想的储氢材料基体，但纯多孔碳的储氢密度较低，常温常压下仅为2~3wt%。研发团队提出“多孔碳基体+金属有机框架（MOF）复合+碱金属掺杂”的三级改性策略：首先，以生物质为原料，通过定向活化工艺制备出比表面积达30002/g的多级孔道多孔碳基体，为氢分子的吸附提供充足的位点；其次，将金属有机框架材料原位生长在多孔碳的孔道内，利用MOF材料的高吸附性，进一步提升储氢容量；最后，通过碱金属锂、钠掺杂，改变材料的电子结构，增强材料与氢分子的相互作用，实现常温常压下的高效吸放氢。

改性策略的落地，面临着诸多工艺难题：MOF材料在多孔碳孔道内的原位生长难以控制，易出现团聚现象；碱金属掺杂的均匀性直接影响储氢性能，掺杂不均会导致吸放氢效率大幅下降。研发团队通过调控反应温度、浓度、时间等工艺参数，优化MOF材料的生长条件，使其在多孔碳孔道内均匀分散，形成连续的吸附网络；同时采用等离子体掺杂技术，将碱金属离子均匀掺杂在材料表面与孔道内，实现电子结构的精准调控。

当第一批次多孔碳基复合储氢材料样品完成测试时，数据让整个攻坚团队振奋不已：常温常压下储氢密度达7.2wt%，远超行业平均水平，且突破了5wt%的商业化储氢密度阈值；材料的吸放氢速率快，1小时内吸氢量可达总储氢量的95%，放氢率达98%；循环稳定性优异，经过1000次吸放氢循环后，储氢密度仍保持在初始值的90%以上，且在常温常压下储存1个月，氢泄漏量低于0.5%，安全性远超高压气态储氢。这一突破，让固态储氢在常温常压下的商业化应用成为可能。

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