油价涨涨涨，新能源再引关注，氢燃料电池将会让钨像钴一样爆发吗？

水通过电化学过程分解产生出氢和氧，称为电解水或电析氢，这是一种已经被认知清洁能源，与太阳能，风能或其他“清洁”能源不同，氢气可以很容易地储存，例如氢燃料电池，所以这种新能源概念最近两年在中国也很火，推动因素有二，一是国家环保减排需求，二是新能源汽车产业推动。

如果要说现在什么产业是风口上的猪，新能源汽车当仁不让。由于近段时间油价不断上涨，人们再次将目光聚焦到新能源汽车产业。自去年国家新能源汽车政策发布后，所有与新能源汽车相关的企业均成为投资市场的“香饽饽”，引来大量资本争相进入，但是在这一波热潮中，获益最大的还是三元锂电池，鸡犬升天的是“钴和锂”。目前我国的市场主导的还是锂电池汽车，不过特斯拉也好，比亚迪也罢，有许多人并不是那么看好三元锂电的技术前景。与此同时，欧盟和日韩等老牌汽车工业强国仍偏执地将重心用于研发氢燃料电池。

中国在这一领域也是不落人后的，近来我国也正不断加强对氢能的战略布局，《能源技术创新行动计划（2016—2030）》就提到，将氢能与燃料电池技术创新作为重点任务，系统推进燃料电池汽车研发与产业化，力争到2020年，实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用。预计2030年，全球氢能产业链总投资将达2800亿美元；到2050年氢能及氢能技术市场规模将超过2．5万亿美元。虽然目前氢燃料电池仍存在待解难题，但是因为只需最简单电解水就可以将可再生能源制成氢气燃料电池储存使用，在拥有70%海洋面积的地球上，它的原材料随时可以就地取材，所以氢燃料被称为“绝对的清洁能源。”

现阶段，多国采用电析氢的基本方案是：“利用太阳的力量水分解可以通过电流或通过光催化作用触发（所以这类制氢厂大多建设在海边或水源地带），理想情况下，太阳能将用于产生用于分解的电力。虽然理论上很简单，但直接太阳能水分解效率太低，因为水只能吸收一小部分光谱。所以还需要借助一些燃料助力。并且将水分解为氢气和氧气是一个复杂的过程，需要两个独立的反应-析氢反应和析氧反应，每个反应需要一个单独的电极。虽然氢气是更有价值的成分，但如果不生产氧气，也不能生产氢气。所以，一种称为催化剂的材料促成这些电化学反应，铂系贵金属是用于电解水或燃料电池中最常见的阴极催化剂，然而，铂金是昂贵和稀有的，金属的成本约为每公斤30,000美元，全世界80%的铂产于南非。

不言而喻，制约氢能及燃料电池推广的主要问题就是制氢成本，由于需要采用铂系贵金属作催化剂，缺乏廉价和高效的氧气催化剂已经在该领域造成了瓶颈。所以现阶段人们致力于研究和开发低成本的电解氢催化材料，这些材料有镍、硒、钴、钼、钨、石墨烯等（包括它们各形态的化合物及各种组合而成的复合材料），在市场最终普及之前，每位科学家都认为自己的研究成果最好，但从持续性和成本上综合考量，钨系材料是优势较突出的一种基础材料，公认最接近于铂的材料是纳米碳化钨，甚至有学者认为，经过复合改造的纳米碳化钨其活性不亚于铂、铱或钌电催化剂。

有些催化剂非常出色，但只能稳定一两个小时，难堪大任。但碳化钨催化剂耐用，运行时间超过20小时，测试次数达10,000次，这是由碳化钨与生俱来的特性决定的。

纳米碳化钨具有铂族金属的催化性能可从原子的外层价电子结构进行简单分析。在还原气氛或特定气氛下。钨金属表面碳化学键能高，能很强地吸附和激活气氛中的分子，与碳形成合金—金属碳化物，能降低金属表面能，并保持适度表面能允许催化循环。另外，形成碳化物后，碳原子将贡献出外层的四个电子到钨元素的d电子，与其元素周期表中的右移四列位置元素铂相同，最终的效果是碳化合后，钨的电子特性更接近于铂族金属，导致碳化钨的催化性能与铂族金属相似。

在水电析氢过程中，可再生能源如太阳能电池或风力涡轮机产生的电能可通过导电支撑材料转移到碳化钨片上。电流通向片材的催化活性边缘，在那里它被转移到水分子上，最终分裂成氧气和氢气，最后，科学家将这两种气体储存起来，进入加氢站。

氢燃料电池则是电解水的逆反应，当被收集的氢气进入加氢站，再被加入汽车储氢罐后，车里的氢气和车头吸入的氧分别供给燃料电池中的阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散，并与电解质发生反应，释放出的电子通过外部的负载到达阴极，与氧催化剂（碳化钨或铂或石墨烯等材料）中的化学能直接反应，转化为电能，最终形成汽车的动力来源。

综上所述，不管是电析氢或者燃料电池都需要用到催化剂。研究表明，碳化钨具有较好的析氢性能且过电位较低。当其析氢过电位在200mV时，电流密度为2.53mA/cm²；当过电位为300mV时，电流密度可达到32mA/cm²，其性能接近于铂，适于作电析氢或燃料电池的阴极催化剂，并且成本便宜很多很多。

从汽车发展趋势预测，氢燃料电池的发展后劲更足。欧盟和日韩等老牌汽车工业强国偏执地发展氢燃料电池，特别是国际汽车界中的占主导地位的几家知名企业——宝马、丰田、本田、现代和起亚等、他们更看好燃料电池的未来，认为燃料电池在能量密度和功率密度上相对于锂电池更具有绝对优势，就工况特性而言燃料电池比锂电池更加适合用作汽车主动力源，就整个产业链的角度而言，氢能燃料电池对相关工业链整体水平的带动和提升的要比锂离子电池产业高一个档次，只是未来，这一个潜力巨大的风口会有可能带动钨产业的提升吗？

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