欧洲能源研究联盟发布至2030年氢能与燃料电池研究规划

欧洲能源研究联盟(EERA)日前发布了新版《氢能与燃料电池联合研究计划实施规划》，确定了欧盟到2030年在氢能与燃料电池技术领域的研究目标、行动计划和优先事项，以促进氢能与燃料电池技术的大规模部署和商业化。EERA是欧洲最大的低碳能源研究非营利性国际协会，由超过250家公共科研机构和高校组成，是欧盟战略能源技术规划(SET-Plan)的研究支柱，目前共开展了17个低碳能源技术领域的联合研究计划，氢能与燃料电池是其中之一。本次更新的实施规划提出了7个子领域的研究重点和关键项目，并明确了实施优先级和预算：电解质;催化剂与电极;燃料电池电堆材料与设计;燃料电池系统;建模、验证与诊断;氢气生产与处理;氢气储存。详细内容如下：

一、电解质

1、燃料电池和电解质隔膜中输运过程研究。该领域计划投入2400万欧元资助4个项目，包括：聚合物和无机纳米结构复合材料中的离子输运研究;将宽带电子光谱(BES)、核磁共振(MRI)同步加速器和中子散射技术用于聚合物、氧化物/陶瓷材料的化学和输运特性研究;多相氧化物材料中的离子输运研究。

2、电解质材料降解过程及其缓解方法研究。该领域计划投入4600万欧元资助5个项目，包括：质子导电陶瓷基电解质材料的降解研究(尤其是在高压电解模式下);开发监测隔膜和电解质降解的原位诊断传感器;利用BES、MRI、同步加速器和中子散射等技术开发电解质降解现象的化学、结构和形态变化表征新技术，如;开发增强聚合物膜化学稳定性和机械稳定性的方法，并进行验证。

3、新型膜材料和薄膜电解质沉积方法。该领域计划投入4200万欧元资助6个项目，包括：开发稳定的碱性阴离子交换膜;开发具备质子电导率的中温固体氧化物燃料电池电解质;利用3D打印技术生产高表面积电解质的可行性研究;开发适用于200-450℃的质子导电材料;通过新的电解质膜化学、设计和架构开发智能、自适应材料，以缓解材料随时间的老化;开发薄膜电解质沉积的新工艺和方法。

4、膜电极界面电解质研究。该领域计划投入1000万欧元资助2个项目，包括：通过性能、制备、加工路线、表征技术和工具研究，开发用于膜电极界面的改进离子聚合物;包含新型离聚物材料的油墨催化剂，研究电池运行过程中聚合物的降解现象。

5、在实际运行条件下膜电极组件电解质的性能和耐久性验证。该领域计划投入1800万欧元资助4个项目，包括：新型材料的耐久性研究;建立燃料电池和电解槽长期测试数据的开放获取数据库;材料重复利用的可行性研究。

二、催化剂与电极

1、燃料电池和电解槽电化学过程和材料基础研究。该领域计划投入3600万欧元资助5个项目，包括：电极、催化剂和载体的模型和表征;新型分段式双极板;实际运行条件下的催化剂表面结构研究;用于高温、电压跨度大的稳定氧电极;优化催化剂和电极性能。

2、电极、催化剂和载体的设计和开发策略。该领域计划投入6500万欧元资助8个项目，包括：集成电荷转移和催化活性的多功能电催化剂，用于含碳燃料;改进化学稳定性的质子交换膜燃料电池、便携式微流体燃料电池、直接甲醇/乙醇燃料电池，使电池具有更高活性和更佳性能;用于干燥环境的多相电极、结构化电极;耐腐蚀高温电极;中温电池(200–600℃)新型电极;纳米级催化剂、氧化物陶瓷电极和载体的稳定与控制;用于中温燃料电池中碳氢化合物直接利用的新型阳极电催化剂;低贵金属含量的阳极电催化剂，用于低温直接氧化甲醇/乙醇。

3、改进催化剂性能。该领域计划投入3200万欧元资助3个项目，包括：多功能电极材料，用于直接转化和合成氢载体，使用无毒、无害的原料作为电催化剂;非贵金属电催化剂的合成与表征;耐碱性介质腐蚀电极，质子-电子混合导电电极。

4、材料集成、电极设计与制造。该领域计划投入5200万欧元资助3个项目，包括：电池中先进电极的集成和示范;使用最少电催化剂的纳米结构电极概念原型;通过可升级、环保和自动化制造技术开发纳米结构电极。

三、燃料电池电堆材料与设计

1、连接件和双极板。该领域计划投入4400万欧元资助8个项目，包括：开发用于高温燃料电池和电解槽的无腐蚀陶瓷连接件的3D打印新工艺;开发用于集成电路(IC)的3D打印材料;开发3D打印的IC设计;开发连接件的铬蒸发阻挡层的低成本涂层技术;开发用于低温运行的新型IC材料;开发质子交换膜燃料电池双极板的非贵金属涂层;开发用于燃料电池和电解槽管状电池的连接件;开发燃料电池和电解池双极板性能和稳定性的原位表征方法。

2、接触和气体分布研究。该领域计划投入2200万欧元资助5个项目，包括：低电阻和高稳定性质子交换膜燃料电池微孔层研究;热循环过程的接触损耗原因研究;电堆中电池互连的接触行为建模和仿真;新型阴极柔性接触层的开发;通过增材制造改善接触并减小面积比电阻。

3、电堆密封。该领域计划投入3400万欧元资助10个项目，包括：固态反应烧结法开发陶瓷密封;固态氧化物电池电解运行对电堆密封胶的影响研究;铸造和/或成型接近最终形状密封件的自动化生产;开发双极板或膜电极密封的低成本集成生产工艺;开发用于模块的玻璃-陶瓷密封胶;研究耐用和低成本密封的精确成型增材制造技术;开发密封材料以提高固态燃料电池电堆耐用性，实现200次以上热循环;不同玻璃-陶瓷密封胶材料的测试和表征;开发玻璃-陶瓷密封胶在工作条件下的表征方法;热循环过程中电堆热应力建模与仿真。

4、传感器新型设计。该领域计划投入1400万欧元资助3个项目，包括：基于O2压力差和/或湿度传感器开发燃料利用率传感器;嵌入式传感器;将诊断算法和传感器等硬件直接集成到现有燃料电池辅助系统(BoP)组件中。

5、电堆和BoP新型设计。该领域计划投入3200万欧元资助7个项目，包括：通过结合氧气输运膜更好地回收燃料;优化BoP以减少低温系统寄生损耗;开发加压制氢电解池新型设计，具有更高的稳定性和更低的成本;基于氢能和燃料电池的轻便高效便携式发电新概念;质子交换膜电池和超级电容深度集成的电堆概念。

四、燃料电池系统

1、系统组件材料开发。该领域计划投入1800万欧元资助7个项目，包括：燃料电池BoP组件的经济高效合金材料;高温BoP组件新型材料;高温热交换器用涂料开发;BoP组件耐腐蚀涂层开发。

2、组件/功能开发。该领域计划投入1500万欧元资助3个项目，包括：在电堆中集成重整器和热交换器;开发选择性膜和其他燃料废气净化装置以获取热量、电力和氢气;开发阳极废气的再循环风机，用于蒸汽重整。

3、新系统概念开发。该领域计划投入1500万欧元资助4个项目，包括：联合固体氧化物燃料电池和燃气轮机的高度灵活热电联产系统，以及实现最高效发电;固体氧化物电池和储热结合，以最大化能量转换效率;固体氧化物电池和液态有机氢载体储氢结合，用于汽车和航空。

4、燃料电池和电解槽传感器及诊断工具。该领域计划投入1000万欧元资助2个项目，包括：集成燃料、温度、流量传感器的高温固体氧化物电池系统;集成传感器低温燃料电池和电解系统。

5、系统控制。该领域计划投入1400万欧元资助2个项目，包括：基于脚本的系统控制和运行自动化，以实现系统生命周期内简易低成本检测电堆性能;基于神经网络和人工智能的系统容错控制。

五、建模、验证与诊断

1、燃料电池组件建模。该领域计划投入1000万欧元资助4个项目，包括：利用从头计算法和连续模型，研究催化剂层的结构和物理特性，以改善其性能和耐久性;基于模型方法优化有源层结构以增加电池功率密度;多尺度输运机理研究以确定不同组件的最佳材料结构，开发快速可靠的多组件老化模型;通过双极板相变两相流仿真模拟以优化设计。

2、燃料电池单元、双极板建模及实验验证。该领域计划投入900万欧元资助4个项目，包括：电堆三维计算流体动力学(CFD)开源模型;用于下一代电池组的双极板设计和膜电极的共同优化;开发电堆先进三维模型，为开发模块化电池做准备;进行模型的实验验证。

3、燃料电池电堆建模。该领域计划投入800万欧元资助2个项目，包括：优化双极板、集电器等的参数、几何形状和配置，开发模型测试助剂对电池组性能的影响，并研究电池组与其他电气设备的相互作用，以优化电堆设计;电堆三维仿真、专有设计规则和最佳实践。

4、系统建模与控制。该领域计划投入1400万欧元资助5个项目，包括：开发可预测寿命的动态多物理场燃料电池系统模型;建立燃料电池系统数据库;不同环境下运行状况与寿命关系的模型研究;优化燃料电池管理系统，包括电池组和系统级的性能和耐用性;开放的快速原型仿真平台用于优化车用燃料电池系统。

5、开发表征工具。该领域计划投入1100万欧元资助4个项目，包括：从纳米级到微米级结构的多尺度表征;分段式双极板，用于局部检查和实时诊断;开发用于表征单个现象和微观结构的燃料电池先进异位测试方法，用于模型参数识别和模型验证;加速压力测试以验证老化模型。

六、氢气生产与处理

1、生物质/生物废物制氢。该领域计划投入2000万欧元资助4个项目，包括：非贵金属催化剂生物质制氢;高性能气化炉实现废物气化连续运行一万小时以上;改进催化剂和优化过程控制提高气化炉运行时间;废物制燃料的标准化并开发过程中燃料分析方法。

2、藻类制氢。该领域计划投入3600万欧元资助3个项目，包括：确定光转换效率高于5%的高性能藻类;藻类制氢用膜的开发，如聚合物和金属膜;生物水煤气变换反应中一氧化碳脱氢酶和[镍铁]-氢化酶对碳纳米管的生物功能化。

3、水热分解制氢。该领域计划投入600万欧元资助1个项目：开发水和二氧化碳低温热分解的新型催化剂。

4、更高效的光催化制氢。该领域计划投入1600万欧元资助6个项目，包括：共掺杂TiO2-Co3O4纳米结构异质结作为光阳极，通过光催化水分解生产氢;通过改进光催化剂提高产氢率;用于光催化水分解和生产太阳能燃料的纳米结构非贵金属催化剂;光催化重整醇类制氢的催化剂;光催化重整生物质制氢;人工光合作用的多尺度模型开发。

5、氢气压缩、液化和净化。该领域计划投入1000万欧元资助4个项目，包括：减少70 MPa金属氢化物氢压缩机一半能耗，集成膜反应器，提高现场生产和膜分离效率;将氢气液化能耗降低至现有值的1/3;开发金属膜和陶瓷膜等材料，提高气体分离膜化学稳定性和机械稳定性及选择性。

6、其他制氢方法的安全、规范和标准。该领域计划投入800万欧元资助4个项目，包括：确定监测氢气质量的方法，开发氢气质量传感器，评估质量下降对氢装置的影响，开发可利用低品质氢气的固体高分子燃料电池(PEFC);通过监控设备、传感器等评估在建筑物等空间内对氢气的处理;氢气生产的安全性和风险评估;建筑物中氢气使用的风险评估和指南。

七、氢气储存

1、压缩储氢和液态储氢。该领域计划投入600万欧元资助4个项目，包括：低于目前压缩气态储氢压力的碳纤维替代材料，如玻璃纤维或芳纶纤维;高压氢气对氢气管路、阀门、比例调节器的影响;高压氢气罐快速加注的控制系统;液态氢对连接管线、阀门、比例调节器等的影响。

2、氢气载体。该领域计划投入2400万欧元资助15个项目，包括：酰胺/酰亚胺基材料;利用体心立方结构合金储氢;基于轻元素的复合氢化物;新型稀土-镁-过渡金属(RE-Mg-TM)三元氢化物实现在环境条件下固态储氢;基于氨硼烷和/或硼氢化物的混合系统;复合氢化物;高熵氢化物;金属氢化物;在环境条件下不稳定但在较高氢气压力下稳定的材料;过渡金属-合金和金属有机框架(MOFs)复合材料，可在低温条件下吸附和吸收氢气;多孔材料(如包合物、多孔冰)储氢;用于液态化学储氢的硼氢化钠溶液及其他化合物(如氨硼烷);液体有机氢载体，如甲酸、芳烃、酒精等;低成本金属和氢化物化合物副产物的可控水解和回收。

3、储氢系统。该领域计划投入900万欧元资助5个项目，包括：低温压缩储氢、固态压缩储氢;储氢罐与燃料电池系统集成;制定储氢规范。