高校，推动氢能普及的主力军

1874年，凡尔纳在小说《神秘岛》中写道：“总有一天，水可以被电解为氢和氧，并用作燃料，而构成水的氢和氧，将会成为供暖和照明的无限能源。”曾经的科幻，正照进现实——千瓦级氢动力电源，可驱动观光车稳定行驶；百瓦级氢动力电源，轻巧便携，可作为野外工作、科考等场景下的应急电源……近年来，氢能正快速融入百姓的生活。

氢能被誉为“21世纪终极能源”。据国际氢能委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》，预计到2050年，氢能源需求量将是目前的10倍。不过，氢能源的市场前景虽然光明且已有多个国家出台了支持产业发展的政策，但在商用化道路上，如何廉价地大规模制氢等难题仍待破解。

高校作为科研主力军，在推动氢能普及上一直走在社会前沿。这期整理了国内部分高校在氢能研究方面的技术突破，以飨读者。

天津大学

聚力新能源，赋能可持续未来

研发了高性能氢燃料电池

2024年1月，天津大学焦魁教授团队成功研发出具有超高功率密度的质子交换膜燃料电池，其性能比目前市面上的主流同类产品提升近两倍，相关成果已发表在国际权威能源研究期刊《焦耳》上。

为应对全球气候变化、实现“双碳”目标，全球能源系统正在经历深刻转型。氢能作为一种潜力巨大的清洁能源，在此进程中发挥着重要作用。氢燃料电池被视为最有前景的氢能应用技术之一。然而，如何提高氢燃料电池的体积功率密度成为目前技术上的重大挑战。

焦魁教授团队对质子交换膜燃料电池的结构进行了重构，集成新的组件，改善了气—水—电—热传递路径，成功研发了超薄、具有超高功率密度的燃料电池；团队还通过引入由静电纺丝技术制成的超薄碳纳米纤维薄膜及泡沫镍，去除了传统的气体扩散层和沟脊流道，有效降低了约90%的膜电极组件厚度，降低了80%以上的反应物扩散导致的传质损失，最终将燃料电池的体积功率密度提升近两倍。

经团队估算，采用这种新型燃料电池结构的电堆峰值体积功率密度有望达到9.8千瓦每升。这项成果不仅为质子交换膜燃料电池技术的进一步发展提供了重要的指导，也预示着清洁能源领域迈向新高度的可能性。

聚焦储能领域“高精尖缺”人才培养

近年来，以可再生能源利用技术为主的新兴能源技术蓬勃兴起，储能技术成为关键技术之一。

天津大学以国家储能技术产教融合创新平台（以下简称“储能平台”）为契机、以储能学科专业为主体、以校内各优势学科为支撑，联合储能行业龙头企业，深入推进储能技术的交叉学科研究和产教融合探索，打通储能领域人才链、创新链、产业链、供应链，为国家培养能够引领储能技术进步与产业发展的卓越工程师和科学家。

“虽然刚进入新能源领域学习，但仿佛已从山脚看到了山巅。”陈拥是天津大学储能科学与工程专业的第一批本科生。入学不久，专业基础课“储能科学与工程概论”就给了他极大的震撼——课程第一讲的教师竟然是电力系统领域知名专家、中国工程院院士王成山。其后，一众学科“顶流”专家轮流授课。

储能平台突破现有专业、学院、行业的限制，通过共建学院联聘、校外资源挖掘和国外人才引进等方式，打造跨学科、复合型、高层次的师资团队。这是储能平台的一大优势，而这一优势也同样被运用到学校的人才培养上。

储能平台常务副主任焦魁介绍，目前储能平台已经形成了以3名院士为带头人，由20余名国家级领军人才、40余名国家级青年人才领衔的跨学科、复合型、高层次科研教学团队，实现了储能领域的全环节和全链条覆盖。

除了打造顶级的科研教学团队，天津大学还与相关企业联合培养人才：在本科生培养阶段全面引入行业内的企业参与教学和育人；在研究生培养阶段实行“双导师”制，同时支持专项博士生参与企业的研发项目，支持博士生依托企业的科研条件和重大研发项目开展博士学位论文研究，并鼓励企业优秀青年技术骨干申请攻读定向博士生。据了解，目前储能平台已与国家电网、中汽研、潍柴等数十家储能行业顶尖企业开展了科技攻关合作，与国家能源集团、中石化、比亚迪等企业签署了人才联合培养协议，并正与国网天津市电力公司筹备联合挂牌“国家储能技术产教融合创新平台实训基地”。

与人才培养同步开展的还有和企业更加深入的合作。在新型电力系统储能并网调控和关键装备技术领域，天津大学与中国南方电网公司联合成立了“南方电网公司—天津大学智能配用电与储能”联合研究院。在储能系统运行可靠性和混合储能系统关键技术领域，天津大学与许继集团合作开发了百兆瓦级锂离子储能电站故障特性模拟系统及相关测试平台。在储能经济与政策研究领域，天津大学与国家电网合作开展了基于“双碳”背景的后勤资产运营保障模式研究……

天津大学名片

天津大学坐落于天津，是教育部直属高校，是首批全国重点大学，是首批国家“985工程”和“211工程”建设高校，是“双一流”建设A类高校。

学校坚持“强工、厚理、振文、兴医”的发展理念，形成了工科优势明显，理工结合，经、管、文、法、医、教育、艺术等多学科协调发展的综合学科布局。学校现有74个本科专业，47个一级学科硕士点，34个一级学科博士点，30个博士后科研流动站。

在四轮学科评估中，学校的化学工程与技术获评A+，光学工程、管理科学与工程、机械工程、仪器科学与技术获评A，城乡规划学、动力工程及工程热物理、环境科学与工程、建筑学、软件工程、力学、土木工程、材料科学与工程、水利工程获评A-。

西安交通大学

聚焦“未来新风口”——新能源

“握住”氢，开启未来能源之路

氢能作为一种零碳排放的清洁能源，肩负着实现碳中和的重要使命，被广泛应用于航空航天、陆运水运等领域。然而，氢易燃易爆。因此，储氢技术是目前大规模推广氢的瓶颈，也是科学家们一直在研究的一项技术难题。

西安交通大学张锦英教授决心攻克这项技术难题，填补能源与应用之间的断层，让科技成果为民所用。

然而，要设计出理想的储能方案并非易事，除了要获取并研究大量的原材料，还要系统地考虑具体的应用难题。张锦英教授团队只能在实验室里结合理论试验材料的应用反应，寻找每一个可能的突破口。

经过长期实验，张锦英教授团队终于研究出了一种高密度固态储氢材料——石墨烯界面纳米阀固态储氢材料，进而研制出了一套高效储氢用氢的专业设备。

张锦英教授介绍，常见的高容量固态储氢材料存在释氢温度高、释氢氢气不纯、释氢动力学不稳定、释氢反应系统复杂等性能缺陷，而他们团队开发的这种新型储氢材料则很好地解决了这些问题。

石墨烯界面纳米阀固态储氢材料不仅能够实现超高的储氢释氢密度，还具有超低的释氢温度，同时，这种材料还具有超高的安全稳定性，实现了常温常压下储氢、释氢，即使在罐体被破坏的情况下氢气也不会快速泄漏，使氢能走向民用成为可能。此外，这种材料还具有释氢氢气纯度高、连接简单、加载方便等优势。

这一研究成果相当于把氢气“握在手里”。

目前，张锦英教授团队正在进行基于此新型储氢技术的便携式氢能电源、氢能源电动车等产品的设计和开发。

瞄准世界能源科学技术前沿

经过多年深耕，西安交通大学已在新能源和能源新技术领域取得了一批创新性成果。

·重型燃气轮机领域的跨越·

重型燃气轮机是高新技术密集的重大装备，是高效清洁发电系统的核心动力装备和先进船舰的驱动设备等，具有极高的战略地位和巨大的市场潜力。长期以来，只有美国、日本、德国等极少数发达国家能够自主研发重型燃气轮机。

西安交通大学王铁军团队在我国无核心技术、无验证手段、无系统基础研究的条件下，以攻克“卡脖子”关键核心技术为使命，通过校企协同创新，将基础理论研究融入企业实践，攻克了先进重型燃气轮机高温叶片热障涂层制备的关键核心技术，研发了高温强度实验装置，建成了综合冷效实验系统，初步形成了我国重型燃气轮机高温叶片热障涂层制备与实验验证能力。

2019年9月27日，我国首台F级50兆瓦重型燃气轮机整机点火试验一次成功。这标志着我国在重型燃气轮机领域，历经多年的关键技术攻关，拥有了自主知识产权，打破了国外封锁，实现了我国重型燃气轮机制造从“0”到“1”的跨越。

·玩转核动力系统的科研团队·

在西安交通大学，有一个团队坚持相关研究十余年，凭借“先进核动力系统多因素跨维度强耦合动态分析技术及应用”项目摘得2017年国家技术发明奖二等奖，这个团队就是苏光辉科研团队。

核动力系统庞杂且运行工况多变，呈现多相态、多因素、病态强耦合等特点，传统一维系统分析方法具有很大保守性和不确定度，传统三维实体建模方法又因无法处理堆芯等庞杂结构而难以实现精细分析。

“国外系统价格高，模拟场景不全面，我们便下决心研发自己的系统。”从2002年开始，苏光辉科研团队就从先进的理论模型出发，针对先进核动力系统开展了关键技术攻关。

经过14年持续攻关，苏光辉科研团队针对核动力系统跨维度多因素强耦合热工安全特性难题，建立了先进核动力系统关键设备稠密结构的多孔介质自适应求解模型和多区动态非平衡模型，发明了全系统跨维度多因素动态分析技术，实现了核心设备、主回路系统、专设安全系统等全系统耦合分析，满足了国家重大核电工程和国防核动力建设的需求。

目前，该项目成果已被推广到国内多家单位，解决了先进核动力系统跨维度精确分析的技术难题，产生了重大社会效益和重要国防意义。

·将煤炭化学能转化为氢能·

煤炭是当前我国的主要能源，然而，大量燃煤会产生严重的污染。传统燃煤、煤气化锅炉及其发电技术等均采用“一把火烧煤”的形式，总能效和煤电转化率低、污染严重、耗水量大，脱硫、脱氮、消除粉尘及二氧化碳代价高昂。

由中国科学院院士、西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室主任郭烈锦教授带领的科研团队，历经20年科技攻关，研发出了“煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术”（俗称“超临界水蒸煤”）。这一技术成功将煤炭化学能直接高效转化为氢能，从源头上根除了硫化物、氮化物等气体污染物以及PM2.5等粉尘颗粒物的生成和排放。

……

要想实现“双碳”目标，中国必定要转变发展方式、进行能源革命，而这其中有许多“卡脖子”问题亟待解决。为助力我国的能源革命，西安交通大学瞄准世界能源科学技术前沿，在新能源创新领域贡献着属于自己的力量。

西安交通大学名片

1896年，盛宣怀在上海创建南洋公学；1921年，学校定名为交通大学；1956年，交通大学主体内迁西安；1957年，学校分设为交通大学西安、上海两个部分，实行统一领导；1959年，交通大学西安部分定名为西安交通大学；2000年，西安交通大学、西安医科大学、陕西财经学院三校合并组成新的西安交通大学。

学校首批进入国家“211工程”和“985工程”建设学校，2017 年入选国家首轮“双一流”建设A类高校，2022 年入选国家第二轮“双一流”建设高校。

在第四轮学科评估中，学校的动力工程及工程热物理、电气工程获评A+，数学、力学、机械工程、工商管理获评A，应用经济学、马克思主义理论、材料科学与工程、电子科学与技术、控制科学与工程、计算机科学与技术、管理科学与工程、公共管理获评A-。

武汉理工大学

打造人类美好的未来

氢燃料电池的“探路者”

“科研‘无人区’的竞争，有两种绝对的场景：一种是你在前面狂奔，看不到后面的对手；一种是别人在前面狂奔，你也看不到前面的对手。” 武汉理工大学首席教授、武汉理工氢电科技公司创始人潘牧，回忆起2000年我国氢燃料电池的起步期时，无奈地苦笑说，“当时国内研究氢能源的窘况，就是后者，更苦的是，我们跟跑、并跑了20多年！”