[01924519]高效低成本太阳能直接水分解制氢技术

成果简介

氢能产业被列为我国《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中的重要战略新兴产业，十三五期间，以氢燃料电池电堆为代表的氢能制造业得到蓬勃发展。但是作为电池燃料的高品质氢气10美元/千克以上的高昂价格，以及煤制氢等传统制氢方法受制于二氧化碳减排压力难以规模化的问题，已逐渐成为阻碍产业发展的瓶颈。

太阳能制氢是实现可再生能源和零碳排放大规模制氢的重要途径。太阳能制氢产业将成为我国未来经济增长的主要动力之一，也是我国在未来占领国际战略制高点的优势产业之一，因此亟需通过开展科研院所与能源类企业和社会资本的深入合作，开发具有自主知识产权的太阳能制氢关键材料与技术，支撑我国可再生能源尤其是太阳能制氢的大规模低成本开发利用。光伏电解水耦合制氢，虽然在目前太阳能制氢技术中效率最高，但是发电成本高，仍然缺乏经济性。无偏压光电解水太阳能制氢技术，以其结构简单和电荷易分离的优势，兼具低成本和高效率，最具应用潜力，有望将高纯氢的价格降到3美元/千克以下，有力支撑燃料电池汽车等氢能产业发展。

本成果主要包括领先的无偏压光电解水制氢光阳极技术，兼具高效率和长寿命，实现了器件寿命1000小时的突破，解决了大面积制备技术难题，可以制备面积大于1000平方厘米的单元电极，目前我们正在推进百平方米级应用示范。

技术优势

本技术瞄准光电解水制氢技术的产业化应用，开发具有高太阳能转化效率和长寿命的水分解光电极材料、电极与器件制备技术以及规模化低成本合成与制备工艺。

取得世界领先水平的代表性技术指标包括：（1）太阳能氢能转化器件效率大于3.5%，单电极效率大于2%；（2）光电极寿命大于1000小时；（3）单电极器件面积大于1000平方厘米。

相较于其他制氢技术优势有：（1）产氢和产氢反应分开，氢氧产物独立收集，无需分离；（2）氢气来自于水分解，不含碳硫等杂质，纯度高；（3）材料合成不复杂，器件结构简单，成本优势明显；（4）氢气生产只需要光照和水，低能耗，零碳排放。

应用市场

我国乃至全球即将迎来对绿色高品质和低成本的氢气的爆发性增长。根据国际氢能协会的预测，氢能的需求量预计将在2050年猛增到5亿吨，是目前全球用量的近10倍。全球氢气需求庞大，面向传统应用的市场规模约为1150亿美元，这一需求仍将保持约6%的年增长率。随着新能源产业尤其是氢燃料电池车以及燃料电池分布式发电网络的发展，到2030 年预计新增氢气市场需求将超过150 亿美元，到2050 年预计将达到3000 至5000亿美元。同时随着传统能源企业的转型以及社会资本对太阳能制氢等新能源技术的投入，关键材料与技术开发、转让、许可等也将具有相当可观的市场规模。