歐洲能源研究聯(lián)盟(EERA)日前發(fā)布了新版《氫能與燃料電池聯(lián)合研究計劃實施規(guī)劃》，確定了歐盟到2030年在氫能與燃料電池技術領域的研究目標、行動計劃和優(yōu)先事項，以促進氫能與燃料電池技術的大規(guī)模部署和商業(yè)化。EERA是歐洲大的低碳能源研究非營利性協(xié)會，由超過250家公共科研機構和高校組成，是歐盟戰(zhàn)略能源技術規(guī)劃(SET-Plan)的研究支柱，目前共開展了17個低碳能源技術領域的聯(lián)合研究計劃，氫能與燃料電池是其中之一。本次更新的實施規(guī)劃提出了7個子領域的研究重點和關鍵項目，并明確了實施優(yōu)先級和預算：電解質;催化劑與電極;燃料電池電堆材料與設計;燃料電池系統(tǒng);建模、驗證與診斷;氫氣生產與處理;氫氣儲存。詳細內容如下：

 一、電解質

1、燃料電池和電解質隔膜中輸運過程研究。該領域計劃投入2400萬歐元資助4個項目，包括：聚合物和無機納米結構復合材料中的離子輸運研究;將寬帶電子光譜(BES)、核磁共振(MRI)同步加速器和中子散射技術用于聚合物、氧化物/陶瓷材料的化學和輸運特性研究;多相氧化物材料中的離子輸運研究。

2、電解質材料降解過程及其緩解方法研究。該領域計劃投入4600萬歐元資助5個項目，包括：質子導電陶瓷基電解質材料的降解研究(尤其是在高壓電解模式下);開發(fā)監(jiān)測隔膜和電解質降解的原位診斷傳感器;利用BES、MRI、同步加速器和中子散射等技術開發(fā)電解質降解現(xiàn)象的化學、結構和形態(tài)變化表征新技術，如;開發(fā)增強聚合物膜化學穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性的方法，并進行驗證。

3、新型膜材料和薄膜電解質沉積方法。該領域計劃投入4200萬歐元資助6個項目，包括：開發(fā)穩(wěn)定的堿性陰離子交換膜;開發(fā)具備質子電導率的中溫固體氧化物燃料電池電解質;利用3D打印技術生產高表面積電解質的可行性研究;開發(fā)適用于200-450℃的質子導電材料;通過新的電解質膜化學、設計和架構開發(fā)智能、自適應材料，以緩解材料隨時間的老化;開發(fā)薄膜電解質沉積的新工藝和方法。 

4、膜電極界面電解質研究。該領域計劃投入1000萬歐元資助2個項目，包括：通過性能、制備、加工路線、表征技術和工具研究，開發(fā)用于膜電極界面的改進離子聚合物;包含新型離聚物材料的油墨催化劑，研究電池運行過程中聚合物的降解現(xiàn)象。 

5、在實際運行條件下膜電極組件電解質的性能和耐久性驗證。該領域計劃投入1800萬歐元資助4個項目，包括：新型材料的耐久性研究;建立燃料電池和電解槽長期測試數(shù)據(jù)的開放獲取數(shù)據(jù)庫;材料重復利用的可行性研究。

二、催化劑與電極

1、燃料電池和電解槽電化學過程和材料基礎研究。該領域計劃投入3600萬歐元資助5個項目，包括：電極、催化劑和載體的模型和表征;新型分段式雙極板;實際運行條件下的催化劑表面結構研究;用于高溫、電壓跨度大的穩(wěn)定氧電極;優(yōu)化催化劑和電極性能。

2、電極、催化劑和載體的設計和開發(fā)策略。該領域計劃投入6500萬歐元資助8個項目，包括：集成電荷轉移和催化活性的多功能電催化劑，用于含碳燃料;改進化學穩(wěn)定性的質子交換膜燃料電池、便攜式微流體燃料電池、直接甲醇/乙醇燃料電池，使電池具有更高活性和更佳性能;用于干燥環(huán)境的多相電極、結構化電極;耐腐蝕高溫電極;中溫電池(200–600℃)新型電極;納米級催化劑、氧化物陶瓷電極和載體的穩(wěn)定與控制;用于中溫燃料電池中碳氫化合物直接利用的新型陽極電催化劑;低貴金屬含量的陽極電催化劑，用于低溫直氧化甲醇/乙醇。

3、改進催化劑性能。該領域計劃投入3200萬歐元資助3個項目，包括：多功能電極材料，用于直接轉化和合成氫載體，使用無毒、無害的原料作為電催化劑;非貴金屬電催化劑的合成與表征;耐堿性介質腐蝕電極，質子-電子混合導電電極。

4、材料集成、電極設計與制造。該領域計劃投入5200萬歐元資助3個項目，包括：電池中先進電極的集成和示范;使用少電催化劑的納米結構電極概念原型;通過可升級、環(huán)保和自動化制造技術開發(fā)納米結構電極。

三、燃料電池電堆材料與設計

1、連接件和雙極板。該領域計劃投入4400萬歐元資助8個項目，包括：開發(fā)用于高溫燃料電池和電解槽的無腐蝕陶瓷連接件的3D打印新工藝;開發(fā)用于集成電路(IC)的3D打印材料;開發(fā)3D打印的IC設計;開發(fā)連接件的鉻蒸發(fā)阻擋層的低成本涂層技術;開發(fā)用于低溫運行的新型IC材料;開發(fā)質子交換膜燃料電池雙極板的非貴金屬涂層;開發(fā)用于燃料電池和電解槽管狀電池的連接件;開發(fā)燃料電池和電解池雙極板性能和穩(wěn)定性的原位表征方法。

2、接觸和氣體分布研究。該領域計劃投入2200萬歐元資助5個項目，包括：低電阻和高穩(wěn)定性質子交換膜燃料電池微孔層研究;熱循環(huán)過程的接觸損耗原因研究;電堆中電池互連的接觸行為建模和仿真;新型陰極柔性接觸層的開發(fā);通過增材制造改善接觸并減小面積比電阻。

3、電堆密封。該領域計劃投入3400萬歐元資助10個項目，包括：固態(tài)反應燒結法開發(fā)陶瓷密封;固態(tài)氧化物電池電解運行對電堆密封膠的影響研究;鑄造和/或成型接近終形狀密封件的自動化生產;開發(fā)雙極板或膜電極密封的低成本集成生產工藝;開發(fā)用于模塊的玻璃-陶瓷密封膠;研究耐用和低成本密封的成型增材制造技術;開發(fā)密封材料以提高固態(tài)燃料電池電堆耐用性，實現(xiàn)200次以上熱循環(huán);不同玻璃-陶瓷密封膠材料的測試和表征;開發(fā)玻璃-陶瓷密封膠在工作條件下的表征方法;熱循環(huán)過程中電堆熱應力建模與仿真。  

4、傳感器新型設計。該領域計劃投入1400萬歐元資助3個項目，包括：基于O2壓力差和/或濕度傳感器開發(fā)燃料利用率傳感器;嵌入式傳感器;將診斷算法和傳感器等硬件直接集成到現(xiàn)有燃料電池輔助系統(tǒng)(BoP)組件中。  

5、電堆和BoP新型設計。該領域計劃投入3200萬歐元資助7個項目，包括：通過結合氧氣輸運膜更好地回收燃料;優(yōu)化BoP以減少低溫系統(tǒng)寄生損耗;開發(fā)加壓制氫電解池新型設計，具有更高的穩(wěn)定性和更低的成本;基于氫能和燃料電池的輕便便攜式發(fā)電新概念;質子交換膜電池和超級電容深度集成的電堆概念。 

四、燃料電池系統(tǒng)  

1、系統(tǒng)組件材料開發(fā)。該領域計劃投入1800萬歐元資助7個項目，包括：燃料電池BoP組件的經(jīng)濟合金材料;高溫BoP組件新型材料;高溫熱交換器用涂料開發(fā);BoP組件耐腐蝕涂層開發(fā)。

2、組件/功能開發(fā)。該領域計劃投入1500萬歐元資助3個項目，包括：在電堆中集成重整器和熱交換器;開發(fā)選擇性膜和其他燃料廢氣凈化裝置以獲取熱量、電力和氫氣;開發(fā)陽極廢氣的再循環(huán)風機，用于蒸汽重整。

3、新系統(tǒng)概念開發(fā)。該領域計劃投入1500萬歐元資助4個項目，包括：聯(lián)合固體氧化物燃料電池和燃氣輪機的高度靈活熱電聯(lián)產系統(tǒng)，以及實現(xiàn)gao效發(fā)電;固體氧化物電池和儲熱結合，以大化能量轉換效率;固體氧化物電池和液態(tài)有機氫載體儲氫結合，用于汽車和航空。

4、燃料電池和電解槽傳感器及診斷工具。該領域計劃投入1000萬歐元資助2個項目，包括：集成燃料、溫度、流量傳感器的高溫固體氧化物電池系統(tǒng);集成傳感器低溫燃料電池和電解系統(tǒng)。

5、系統(tǒng)控制。該領域計劃投入1400萬歐元資助2個項目，包括：基于腳本的系統(tǒng)控制和運行自動化，以實現(xiàn)系統(tǒng)生命周期內簡易低成本檢測電堆性能;基于神經(jīng)網(wǎng)絡和人工智能的系統(tǒng)容錯控制。

五、建模、驗證與診斷 

1、燃料電池組件建模。該領域計劃投入1000萬歐元資助4個項目，包括：利用從頭計算法和連續(xù)模型，研究催化劑層的結構和物理特性，以改善其性能和耐久性;基于模型方法優(yōu)化有源層結構以增加電池功率密度;多尺度輸運機理研究以確定不同組件的jia材料結構，開發(fā)快速可靠的多組件老化模型;通過雙極板相變兩相流仿真模擬以優(yōu)化設計。

2、燃料電池單元、雙極板建模及實驗驗證。該領域計劃投入900萬歐元資助4個項目，包括：電堆三維計算流體動力學(CFD)開源模型;用于下一代電池組的雙極板設計和膜電極的共同優(yōu)化;開發(fā)電堆先進三維模型，為開發(fā)模塊化電池做準備;進行模型的實驗驗證。

3、燃料電池電堆建模。該領域計劃投入800萬歐元資助2個項目，包括：優(yōu)化雙極板、集電器等的參數(shù)、幾何形狀和配置，開發(fā)模型測試助劑對電池組性能的影響，并研究電池組與其他電氣設備的相互作用，以優(yōu)化電堆設計;電堆三維仿真、專有設計規(guī)則和jia shi踐。

4、系統(tǒng)建模與控制。該領域計劃投入1400萬歐元資助5個項目，包括：開發(fā)可預測壽命的動態(tài)多物理場燃料電池系統(tǒng)模型;建立燃料電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫;不同環(huán)境下運行狀況與壽命關系的模型研究;優(yōu)化燃料電池管理系統(tǒng)，包括電池組和系統(tǒng)級的性能和耐用性;開放的快速原型仿真平臺用于優(yōu)化車用燃料電池系統(tǒng)。  

5、開發(fā)表征工具。該領域計劃投入1100萬歐元資助4個項目，包括：從納米級到微米級結構的多尺度表征;分段式雙極板，用于局部檢查和實時診斷;開發(fā)用于表征單個現(xiàn)象和微觀結構的燃料電池先進異位測試方法，用于模型參數(shù)識別和模型驗證;加速壓力測試以驗證老化模型。

六、氫氣生產與處理

1、生物質/生物廢物制氫。該領域計劃投入2000萬歐元資助4個項目，包括：非貴金屬催化劑生物質制氫;高性能氣化爐實現(xiàn)廢物氣化連續(xù)運行一萬小時以上;改進催化劑和優(yōu)化過程控制提高氣化爐運行時間;廢物制燃料的標準化并開發(fā)過程中燃料分析方法。

2、藻類制氫。該領域計劃投入3600萬歐元資助3個項目，包括：確定光轉換效率高于5%的高性能藻類;藻類制氫用膜的開發(fā)，如聚合物和金屬膜;生物水煤氣變換反應中一氧化碳脫氫酶和[鎳鐵]-氫化酶對碳納米管的生物功能化。

3、水熱分解制氫。該領域計劃投入600萬歐元資助1個項目：開發(fā)水和二氧化碳低溫熱分解的新型催化劑。 

4、更的光催化制氫。該領域計劃投入1600萬歐元資助6個項目，包括：共摻雜TiO2-Co3O4納米結構異質結作為光陽極，通過光催化水分解生產氫;通過改進光催化劑提高產氫率;用于光催化水分解和生產太陽能燃料的納米結構非貴金屬催化劑;光催化重整醇類制氫的催化劑;光催化重整生物質制氫;人工光合作用的多尺度模型開發(fā)。 

5、氫氣壓縮、液化和凈化。該領域計劃投入1000萬歐元資助4個項目，包括：減少70 MPa金屬氫化物氫壓縮機一半能耗，集成膜反應器，提高現(xiàn)場生產和膜分離效率;將氫氣液化能耗降低至現(xiàn)有值的1/3;開發(fā)金屬膜和陶瓷膜等材料，提高氣體分離膜化學穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性及選擇性。

6、其他制氫方法的安全、規(guī)范和標準。該領域計劃投入800萬歐元資助4個項目，包括：確定監(jiān)測氫氣質量的方法，開發(fā)氫氣質量傳感器，評估質量下降對氫裝置的影響，開發(fā)可利用低品質氫氣的固體高分子燃料電池(PEFC);通過監(jiān)控設備、傳感器等評估在建筑物等空間內對氫氣的處理;氫氣生產的安全性和風險評估;建筑物中氫氣使用的風險評估和指南。 

七、氫氣儲存

1、壓縮儲氫和液態(tài)儲氫。該領域計劃投入600萬歐元資助4個項目，包括：低于目前壓縮氣態(tài)儲氫壓力的碳纖維替代材料，如玻璃纖維或芳綸纖維;高壓氫氣對氫氣管路、閥門、比例調節(jié)器的影響;高壓氫氣罐快速加注的控制系統(tǒng);液態(tài)氫對連接管線、閥門、比例調節(jié)器等的影響。  

2、氫氣載體。該領域計劃投入2400萬歐元資助15個項目，包括：酰胺/酰亞胺基材料;利用體心立方結構合金儲氫;基于輕元素的復合氫化物;新型稀土-鎂-過渡金屬(RE-Mg-TM)三元氫化物實現(xiàn)在環(huán)境條件下固態(tài)儲氫;基于氨硼和/或硼氫化物的混合系統(tǒng);復合氫化物;高熵氫化物;金屬氫化物;在環(huán)境條件下不穩(wěn)定但在較高氫氣壓力下穩(wěn)定的材料;過渡金屬-合金和金屬有機框架(MOFs)復合材料，可在低溫條件下吸附和吸收氫氣;多孔材料(如包合物、多孔冰)儲氫;用于液態(tài)化學儲氫的硼氫hua鈉溶液及其他化合物(如氨硼);液體有機氫載體，如甲酸、芳烴、酒精等;低成本金屬和氫化物化合物副產物的可控水解和回收。 

3、儲氫系統(tǒng)。該領域計劃投入900萬歐元資助5個項目，包括：低溫壓縮儲氫、固態(tài)壓縮儲氫;儲氫罐與燃料電池系統(tǒng)集成;制定儲氫規(guī)范。