中国石油成功挑战太阳能造氢，模块化光电制氢板户外示范成功。

　　在屋顶、在荒漠、在连绵的田野，深蓝色的“光伏海洋”，正成为绿色能源的标志性景观。

　　随着技术趋于成熟与成本下降，太阳能发电已深度融入现代能源体系，以其标准化、模块化的特性，通过“堆面积、布阵列”的方式，不断拓展发电规模，为分布式能源发展提供了成功范式。然而，光伏发电“看天吃饭”的波动特性以及由此带来的储能难题，仍然制约着其对传统能源的全面替代。

　　中石油深圳新能源研究院有限公司(简称深圳院)成功研制国内首套解耦型平方级光电制氢装置并在户外环境下实现连续安全运行，标志着中国石油在太阳能直接制氢技术工程化应用方面取得重要突破。

　　能否做出制氢板?

　　在众多太阳能利用的路线中，光电化学(PEC)制氢技术提供了一种颇具前景的解决方案——它能直接将光能转化为氢能，实现太阳能的长期储存与高效利用。

　　遗憾的是，长期以来，这项技术大多停留在“厘米级”电极与实验室环境之中，缺乏像光伏板那样可拼接、可扩展的装置与工程形态，难以与现有能源体系有效衔接。如何让PEC制氢走出实验室，实现从“实验样品”到“实用装备”的跨越?需要研制出能够户外部署的“制氢板”，打通产业化的关键一步。

　　研发团队聚焦结构简化与工艺优化，摒弃了传统需要膜分离、结构复杂的耦合式系统，采用“解耦型”技术轻量路径。这种技术路径以不析氧的阳极反应(如降解污染物)替代传统水氧化反应，巧妙规避了氢氧混合风险，省去了昂贵的分离膜，简化了反应器结构，降低了对光催化材料的要求，拓展了“制氢+治污”的复合应用场景。

　　研发团队历时一年多，最终成功研制出总受光面积达1平方米的模块化光电制氢面板并完成户外实证运行。该装置外观与操作方式类似光伏板，可独立使用，也可通过串并联灵活扩展，为分布式氢能生产和“光—氢”直连应用提供了全新的装备选择。

　　能否解决放大和稳定性难题?

　　尽管PEC制氢在实验室中展现出良好性能，但要走向实用却面临“放大效应”的严峻挑战。

　　一方面，光电极面积从几平方厘米扩大到几百平方厘米，极易出现制备工艺难度升级、膜层不均、性能跳水等问题;另一方面，户外复杂的光照、温度与气象条件对系统的封装、绝缘、耐腐蚀与长期安全稳定性提出极高要求。从“能跑”到“能稳定跑、能便宜跑”，是这项技术必须跨越的门槛。

　　预想的设计理念虽优，要实现平方米级的稳定运行，仍需攻克材料制备与系统集成等现实难题。

　　实验室常用电极仅1~10平方厘米，而此次装置单片光阳极面积设计达625平方厘米，是常规尺寸的数十至数百倍。研发团队选择了研究中常用的钒酸铋光阳极去尝试放大工艺研究，各种意想不到的挑战便接踵而至。例如，选用更大的光电极FTO(氟掺杂氧化锡)玻璃基底时，在预定的热解喷涂工艺下，FTO玻璃面临高温骤冷、液滴不均匀等情况导致碎裂时常发生。研究团队历时一年多攻关，通过优化前驱体配方、改进涂覆工艺和热处理程序，成功制备出均匀、稳定的钒酸铋大面积薄膜电极。

　　目前，该工艺仍部分依赖人工，批量化生产与良品率提升是下一步的重点。阴极侧则直接选用成熟、低成本的商用镍网，能有效控制系统成本并保障供应链稳定。

　　将各个部件组装成可靠运行的整体系统，是另一个需要智慧与耐心的过程。一方面，由于钒酸铋光阳极与镍网阴极组合提供的反应驱动力有限，团队创新性地引入了小型商用光伏片提供辅助偏压。这一设计虽然提升了制氢效率，却带来了新的挑战——如何在反应器设计中确保电路系统的长期稳定运行?为此，研发团队尝试了多种密封材料、电路布局和结构设计方案。经过数十轮的测试筛选，最终确定了可靠的电路连接与防腐蚀方案。另一方面，相比实验室小尺寸的模型反应池，大面积反应模块及装置运行时的电流分布、传质效率、热管理等都会出现质的改变。

　　研发团队负责人比喻道：“这就好比重新设计一辆汽车的发动机。虽然知道目标方向，但每一个零部件的重新匹配都需要反复试验。”

　　同样，对于放大反应器和装置，确保反应的均匀性和稳定性需要解决流体分布、光场调控、界面优化等一系列工程难题。这个过程被团队成员形象地称为“在细节中雕琢可靠性”。可以说，每一个接头的封装、每一处材料的选用，都凝聚着研发人员的心血。

　　能否通过户外实证?

　　在真实户外光照条件下，这套1平方米制氢面板连续稳定运行，在不同光强下均表现出良好响应。

　　测试数据显示，峰值产氢速率达每分钟152毫升，最大表观太阳能制氢效率为2.8%，预计在7~8小时有效日照下日制绿氢约30升。该示范项目首次实现了“类光伏板”式可扩展制氢装置的户外实证，为国际同类技术树立了可参考的性能基线。

　　相比于“光伏+电解槽”的分步制氢系统，PEC制氢装置结构更紧凑、转化链条更短，具备系统简化、损耗降低的潜力。

　　未来，随着效率提升与成本下降，这种“即插即用、灵活扩展”的制氢板也将非常适合构建分布式制氢网络。它可以无缝集成于现有的光伏电站，实现“光—储—氢”的智能耦合;可以部署于偏远地区、岛屿或通信基站，利用当地太阳能资源实现氢能的就地生产、就地消纳，彻底解决长距离能源输送的难题;甚至可以与工业废水处理相结合，在降解有机污染物的同时生产氢气，实现“一举两得”。

　　预计不远的将来，随着标准化与规模化制造逐步推进，我们或将看到“氢能屋面瓦”“制氢幕墙”“移动氢源”等创新应用的出现。模块化制氢面板有望成为继光伏之后下一个可大规模部署的太阳能利用装备，为构建清洁、低碳、安全、高效的能源未来注入全新动力。

　　责任编辑：郑 丹