一张膜电极，撬动氢能产业新赛道丨向新图强

　　一张膜电极，撬动氢能产业新赛道

　　长沙团队二十余年攻关PEM电解水制氢核心材料，成果加速走向产线

　　长沙晚报全媒体记者 王佳怡 通讯员 徐一鑫

　　一片轻薄如纸的膜电极，通上电、注入纯水，氢气便源源而出。在宁乡经开区，这方寸之间的“小薄片”，连接着水、电与氢气，也凝结着一支科研团队二十余年的探索。中南大学何捍卫教授团队围绕“高性能PEM电解水制氢催化剂与膜电极”项目创办了湖南七维氢能科技有限公司（以下简称“七维氢能”）。其背后，是一项从国家重大项目配套研究起步、历经长期实验积累、如今正加速走向产业一线的核心材料技术。

　　“我们不研究整套制氢设备，做的是里面的核心材料——催化剂和膜电极，相当于电解槽的‘心脏’。”中南大学粉末冶金研究院教授、湖南七维氢能科技有限公司创始人何捍卫说。

　　降低用量，破解PEM制氢成本难题

　　PEM即质子交换膜。通电后，水在阳极催化剂作用下发生反应，产生的氢离子穿过质子交换膜，在阴极形成氢气。催化剂被涂覆在膜的两侧，再经过热压等工艺形成膜电极，多个膜电极单元叠加，组成电解槽的核心部分。

　　“PEM电解槽使用纯水制氢，有电、有水就能产生氢气，启动可以做到秒级。”何捍卫介绍，与传统碱性电解水技术相比，PEM电解水制氢启动响应快，更适合与具有波动性的风电、光伏和水电配合。

　　不过，性能优势背后也有一道必须跨越的成本关。PEM膜电极需要使用贵金属催化剂，如何在减少用量的同时保持催化活性，是降低设备成本的关键。

　　“喷得更少，还要达到同样的性能，这就是我们一直攻关的方向。”何捍卫介绍，目前，团队已将贵金属催化剂用量控制在每平方厘米0.5毫克以下，最低做到约0.3毫克。“放到行业里比较，0.5毫克以下已经是国内顶尖水平，0.3毫克以下就是国际顶尖水平。”何捍卫说。

　　在反复实验中“长”出多孔结构

　　团队与氢能结缘，可以追溯到2003年。何捍卫介绍，当时相关研究主要服务于国家重大项目配套需求，希望在有限空间内实现高效电解水制氧（氢）。“那时候氢能还不是热门方向，但研发一直没有停。”何捍卫说。早期，团队先从催化剂入手，之后再向膜电极延伸。由于市场尚未形成，研究并非持续处在聚光灯下，更多时候是在实验室里一遍遍调整原料、煅烧条件、粉体结构和喷涂工艺。

　　真正的突破，来自对催化剂微观结构的长期摸索。“研究过程很枯燥、很漫长，就是和学生一起不断做实验。”何捍卫回忆，“中间有一段时间，花了很大力气也没做出来。后来在实验中，才逐渐摸到纳米三维多孔结构这条路。很多科研发现就是这样，积累到一定程度，才会出现突破。”

　　这种纳米多孔结构成为团队催化剂的主要技术特点。团队随后围绕原料制备、纳米粉体烧结、催化剂喷涂和膜电极热压等环节，逐步形成从催化剂到膜电极的工艺链条。

　　在原料端，何捍卫介绍：“我们现在使用的原料已经实现国产化。”但对于性能比较，他同时保持审慎：实验和送样结果显示，团队产品在催化活性及稳定性等指标上具有竞争力；国外产品的优势则主要体现在批量生产的一致性和稳定性。换言之，这场竞争已从“能不能做”进入“能否稳定、低成本地批量做”的新阶段。

　　从长沙走向更多应用场景

　　2023年10月，湖南七维氢能科技有限公司作为中南大学科技成果转化项目，在宁乡经开区注册成立。从高校实验室走向产业园区，团队开始推动催化剂与膜电极从实验室样品走向可应用、可验证的产品。

　　七维氢能已申请发明专利12项，并建设了催化剂生产、膜电极制备、电堆装备及检测等相关场地。目前，团队已具备催化剂小批量制备能力，并持续开展膜电极制备、性能检测和应用验证。目前，团队已与中联重科、广东卡沃罗氢科技有限公司，中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司等多家公司建立合作关系，共同推动产品在电解槽及更多应用场景中开展验证。

　　“学校的成果转化相当于扶上马、送一程，接下来的产业化长路，还得靠企业自己一步一步走稳。”何捍卫说。围绕降低贵金属用量、提升产品一致性和完善制备工艺，团队正在进一步推动研发设备、生产流程和检测体系升级，为未来扩大生产规模打基础。

　　风电、光伏发电具有波动性，而PEM电解槽能够快速启停，恰好可将富余电能转化为氢能，为新能源消纳提供新的技术路径。围绕这一方向，团队的催化剂和膜电极已面向PEM制氢装备开展配套和验证。

　　氢能的应用空间也在不断拓展。除工业制氢外，相关技术还可连接燃料电池、氢能无人机及绿色合成燃料等场景。采访现场，团队展示了一架用于测试的氢能无人机。在何捍卫看来，氢能动力具有续航时间长、系统重量轻、飞行速度快等潜力，随着储氢、运氢等配套环节不断完善，未来有望在更多特定场景中发挥作用。

　　今年，“高性能PEM电解水制氢催化剂与膜电极”入选2026年湖南省未来产业创新发展优秀典型案例。对长沙而言，这不仅是推动一项高校成果落地，更在于它是围绕催化剂、膜电极、电解槽和应用装备培育氢能产业链上的关键一环。

　　“氢能是未来清洁能源的重要方向，PEM制氢还有很大的发展空间。”何捍卫说。下一步，团队将继续降低核心材料成本、提升批次稳定性，推动产品进入更多应用场景，为湖南未来产业积蓄新的力量。

　　科研者说

　　“一张膜电极很薄，背后却连着一个产业的分量；把核心材料牢牢握在自己手里，氢能的路才能走得更远。”

　　——湖南七维氢能科技有限公司创始人 何捍卫