2026年6月10日，绿氢被视为工业脱碳的关键技术。然而，迄今为止，在生产效率、成本和可扩展性方面的不足阻碍了其取得突破。弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所(Fraunhofer IKTS)的Mihails Kusnezoff、Stefan Megel和Sindy Mosch开发出一种高温电解堆，该技术在全球范围内树立了新的标准：它能以前所未有的效率生产氢气，还可以作为燃料电池运行，且专为工业级批量生产而设计。这项技术为三位研究人员赢得了2026年约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫奖（Joseph von Fraunhofer Prize）。
高温电解是一种高效制氢工艺，通过在电解池中将水蒸气分解为氢气和氧气。其主要优势在于：高温使得工业废热能够直接用作反应的能源。这减少了昂贵电力的消耗，加速了电化学反应，并显著提高了整体效率。
Fraunhofer IKTS全新的科学方法论
Fraunhofer IKTS的研究人员二十多年来一直追求一个雄心勃勃的目标：打造性能卓越、坚固耐用且经济高效的高温燃料电池和电解槽，从而不仅支持能源转型，更能显著加速这一进程。“从一开始，我们的目标就是架起一座连接电子与分子的桥梁，”Fraunhofer IKTS材料与元件部门负责人兼能源领域负责人Mihails Kusnezoff说道。Fraunhofer IKTS团队的方法与许多竞争对手显著不同：研究人员没有为电解槽和燃料电池开发独立的概念，而是创建了一个可以在两种模式下运行的系统。Kusnezoff解释说，这是一项重大挑战：“燃料电池运行需要低电阻和高电压，而电解过程则要求长期稳定性以及几乎热中性的运行状态，并尽量减小温度梯度。”
适用于大规模生产的多功能电堆
在实验室中，研究人员开发了新型电解质和电极材料，并优化了微观结构，以构建高性能电池单元。“只有将多个电池单元组合在一起，才能形成所谓的‘电堆’（stack）。它是系统的核心，能够实现工业规模制氢所需的产能扩展，”Fraunhofer IKTS研究员兼“印刷系统材料”工作组成员Sindy Mosch解释道。最终通过材料创新、设计优化以及对工业化应用的一贯重视，团队实现了技术突破。“我们必须学会将电化学、热学和力学效应视为一个整体系统来考量。只有精确协调微观结构、烧结特性和保护层，我们才能开发出一种既能在严苛的电解条件下，又能在燃料电池模式下可靠运行多年的电池单元，”Sindy Mosch说道。
Fraunhofer IKTS研发的电堆可在 750°C 至 850°C 的宽温范围内可靠运行——这一特性对于延长电解槽的使用寿命至关重要。在此温度范围内，该系统不仅能通过电解将水蒸气和二氧化碳转化为合成气，还能在燃料电池模式下利用天然气、沼气、甲醇、乙醇甚至绿氨等多种燃料进行发电。
从实验室到工厂：阿恩施塔特（Arnstadt）的试点生产
与此同时，该团队着手解决工业化规模生产的问题：他们重新设计了金属双极板，使其能够通过单次冲压工序高效制造，并开发了适用于电极及接触/保护层的可扩展涂层工艺。“对我们而言，有一点很明确：技术只有在工厂环境中而不仅仅是在实验室里切实可行，才能真正助力能源转型，”Fraunhofer IKTS 陶瓷能源转换器（Ceramic Energy Converters）部门负责人 Stefan Megel 强调道。
该技术的工业化成熟度也赢得了业界的认可：thyssenkrupp nucera将这款新开发的电堆视为高温电解领域中一种高效且极具前景的解决方案。Fraunhofer IKTS 仅用 14 个月便在其阿恩施塔特基地建立了一条半自动化试点生产线，从而为与工业合作伙伴thyssenkrupp nucera共同实现更大规模的生产奠定了基础。“试点阶段表明，我们的电堆兼具卓越的科学性能与可扩展、高性价比的生产优势，能够满足从小型应用到吉瓦（GW）级大规模生产的需求，”Stefan Megel 说道。
工业脱碳的关键技术
Fraunhofer IKTS 在电堆开发方面不仅树立了效率与技术多功能性的新标杆，还为利用电力和废热高效生产氢气及合成气的工业化应用铺平了道路。由此，Fraunhofer IKTS 团队不仅直接助力全球能源转型，同时也增强了德国作为工业基地的竞争力。
艾邦氢能产业链通讯录，目前有2200人加入，如亿华通、清极能源、氢蓝时代、雄韬、氢牛、氢璞、爱德曼、氢晨、喜马拉雅、明天氢能、康明斯、新源动力、巴拉德、现代汽车、神力科技、中船712等等，可以按照标签筛选，请点击下方关键词试试
资料下载：