克服可再生能源不稳定性，韩国水电解技术为绿氢大规模生产开辟道路

随着碳中和与能源转型成为时代课题，不含碳的清洁能源载体“氢能”正吸引着全世界的目光。由于氢气在燃烧时会产生水而非污染物，因此被称为“终极清洁能源”。根据 YTN Science 的视频显示，氢能正以通过氢气与氧气化学反应产生电力的燃料电池技术为中心，形成从生产到储存、运输的庞大氢能经济生态系统。

氢动力汽车的心脏“燃料电池”，轻量化与效率是关键

氢动力汽车（氢燃料电池汽车）不使用汽油内燃机，而是通过氢气与空气中的氧气反应产生的电力来驱动。在燃料电池内部，供应的氢气发生离子化并释放电子，这些氢离子沿着电解质移动并与氧气结合生成水。其原理是利用这一过程中产生的电位差来产生电流。燃料电池的核心部件是薄膜两侧涂有催化剂的“MEA”，将数百个这样的部件串联起来，便构成了搭载在汽车上的“燃料电池堆”。

韩国早在2013年就成为全球整车行业中首个成功量产氢动力汽车的国家，在下一代汽车市场中获得了世界级的技术认可。韩国国内企业的目标是到2030年实现年产50万辆氢动力汽车。研究团队特别指出，为了移动出行领域的应用，“轻量化”和“高功率”是主要课题。像氢动力汽车这类移动出行用的燃料电池必须供应高纯度氢气，且单位重量所能产生的功率非常重要，因此部件的轻量化是必不可少的。

视频介绍了由 Kim Hyeong-jun 博士团队开发的“双交换膜燃料电池”技术。传统的燃料电池为了供应氢气和氧气需要配备单独的加湿器，而这项技术利用了通过排列两个传输膜，吸收氧电极产生的生成水并实现自身加湿的“自加湿”原理。通过这种方式可以简化系统并减轻重量，预计未来在氢动力无人机等无人机领域也将具有很高的应用价值。

克服可再生能源不规则性的“绿氢”生产技术

氢气生产方式大致分为三种：从石油化工工厂或炼铁过程中获得的“副产氢”、通过高温高压水蒸气分解天然气获得的“重整氢”，以及通过电解水获得的“水电解”方式。重整氢占据了全球氢气产量的一半以上，虽然很普遍，但在生产过程中会排放二氧化碳。相比之下，利用可再生能源且不排放碳的“绿氢”被视为最环保的最终目标，但可再生能源电力供应不规则这一致命缺点限制了其发展。如果电力突然中断或波动剧烈，会对水电解装置的耐久性和安全性构成威胁。

成立于1987年并一直致力于描绘氢能经济蓝图的韩国能源技术研究院氢能与燃料电池研究团，其努力正集中于克服这些限制。Kim Chang-hee 博士团队开发出了能够应对可再生能源不规则电力供应的“负荷波动响应型水电解堆”。由于直接利用可再生能源时电力不稳定，可能对水电解装置产生致命影响，因此其核心在于通过自主研发特化材料而非使用现有材料来确保安全性。

为了提高水电解电极的寿命，研究团队添加了比现有催化剂反应活性更大的材料，并大幅强化了隔膜性能，以防止氢气和氧气混合引发爆炸风险。特别是为了防止在供应规则的可再生能源时出现氢气和氧气混合的现象，应用了精确控制隔膜密度的技术。

使气体混合减少3倍的国产隔膜，确保经济性的关键

水电解技术的关键在于调节隔膜的密度。如果隔膜孔隙紧密，可以防止气体混合从而提高安全性，但离子传导性会下降导致效率降低；反之，如果孔隙较大，虽然效率提高，但气体混合的风险也会增大。研究团队掌握了能够同时解决这两个矛盾问题的全新隔膜合成技术。根据视频显示，此次开发的隔膜在抑制气体混合现象方面比现有产品提高了3倍以上，同时通过提高密度使离子易于通过，从而降低了电阻。也就是说，它同时克服了在大幅降低气体混合的同时保持离子传导性的这两个矛盾效应。

长期以来，水电解所使用的隔膜和电极等核心材料在很大程度上依赖海外进口，这导致了高昂的生产成本。此次隔膜和电极的国产化成功，通过确保核心材料的价格竞争力，为绿氢的大规模生产可能性进一步提速，具有重大意义。研究团队目前正通过结合多个性能已验证的水电解电池的商用尺寸堆，进行模拟可再生能源电力供应的实证研究。未来，如果能掌握兆瓦（MW）级堆设计技术，绿氢的全面竞争力有望实现。