中国科学家开发出一种将氢燃料电池输出功率提高四倍的方法，这一进展有望将其应用范围从道路车辆扩大到太空任务。

氢被广泛视为低碳未来充满希望的清洁能源。燃料电池将氢气中的化学能直接转化为电能，其唯一的排放物是水。

周四，北京理工大学的研究人员在同行评审期刊《科学》上发表的一项研究中，报告了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的一项重大进展，这种电池已广泛用于许多氢动力汽车。

PEMFC在相对较低的温度下运行，通常在60至80摄氏度（140至176华氏度）之间。它们可以将氢燃料中约50%至60%的能量转化为电能。

这一过程发生在阳极，氢分子释放电子并变成质子。质子穿过电解质膜到达阴极，而电子则流过外部电路产生电能。在阴极，质子、电子和氧气结合形成水。

瓶颈在于质子通过催化剂层（燃料电池中发生化学反应的部分）的速度。多年来，行业标准材料（例如Nafion，一种通常用作质子传导膜的合成聚合物）在与催化剂混合时往往会在纳米级形成紧密堆积的结构。这会减慢质子传输并限制电池效率。

中国团队采用了不同的方法，设计了一个像接力赛一样工作的新界面。

质子没有直接到达催化剂表面，而是在中间的“岛屿”之间跳跃。这种被称为布朗斯台德酸-路易斯碱界面的排列方式大大加快了质子的运动。

实验室测试发现，这种新材料使质子扩散增加了十倍，质子传导率提高了6.5倍，并将活化能（质子在化学反应发生前必须克服的能量壁垒）减半以上。

在标准操作条件下，新型燃料电池设计的发电量是传统设计的四倍。它在0.7伏电压下实现了每平方厘米0.75瓦的功率，同时只使用了少量铂，这是氢燃料电池通常需要的昂贵贵金属催化剂。

以铂的用量来衡量，该装置每克金属可提供6.9千瓦的功率，性能优于当前最先进的燃料电池技术。

新设计还显示出令人鼓舞的耐用性。经过30,000次工作循环后，它保留了63%的初始峰值功率，而传统系统仅为30%。

研究人员表示，这些改进在液氧太空任务等对性能要求苛刻的应用中尤其有价值，因为在这些应用中，燃料电池的效率很大程度上取决于质子在设备中移动的有效性。

这一突破正值中国氢能产业扩张之际。截至2025年底，中国氢气年产能超过5100万吨，而基于电解的绿色氢能项目占全球的53%。

据《中国电力报》8月报道，截至2025年，中国运营的燃料电池电站超过130座，总装机容量超过30兆瓦。全国还规划了20多条长距离输氢管道。

中国2026年政府工作报告首次将氢能列为“新增长点”。燃料电池乘用车远不如纯电动汽车普及，但官方支持依然强劲。

截至2025年底，中国路上的燃料电池汽车约为32,000辆。2026年3月，中央三个部委设定了到2030年达到10万辆的目标。他们还呼吁将氢气零售价从每公斤30多元（4美元）降至25元以下。

这被认为是氢动力重卡在整个生命周期（包括采购、燃料和维护成本）中的运营成本低于柴油车型的时间节点。

然而，重大障碍依然存在。研究人员需要证明，在实验室之外，该技术可以进行工业规模制造、保持经济实惠，并经过长期安全性和可靠性的验证。