新南威尔士大学（UNSW）的研究人员对氢燃料电池进行了结构重设计，成功解决了长期制约其应用的一项关键缺陷，使其在航空、重型运输等领域的清洁能源应用更进一步接近实际落地。氢燃料电池仅以本地生产的绿色氢气为燃料，被视为理想的零排放能源形式，但在商业化推进上一直进展缓慢。

由化学学院的 Quentin Meyer 博士和赵川教授牵头的跨学科团队，显著提升了氢燃料电池的运行效率，为其走向市场奠定了基础。

Meyer 博士介绍，氢燃料电池在发电过程中只产生电力和水，水是唯一的副产物。他是赵教授团队的高级研究员，也是相关成果论文的第一作者，该研究已发表在期刊《Applied Catalysis B: Environmental and Energy》（《应用催化B：环境与能源》）上。

从理论上看，氢燃料电池能够提供廉价、充足的清洁电力，有潜力改变货运、航空等传统电池难以胜任的行业。然而，要将这种潜力转化为现实中的减排成效，一直存在技术障碍。

其中一个关键问题是：电池内部生成的部分水分会滞留在结构中，阻碍氧气流动，从而限制电池性能。以往的解决方案往往依赖复杂且高能耗的辅助系统来排水，这不仅增加了成本，也带来了额外的重量负担。

UNSW 团队提出了一种截然不同的设计思路：在不显著增加成本的前提下，让多余的水和气体在积聚之前就能顺利排出。

“我们的设计只对燃料电池的结构做了小幅调整，却能显著提升其效率。”Meyer 博士表示。

结构微工程带来的突破

此次改进的核心在于燃料电池内部结构的重新设计。

研究团队通过高精度的微观工程，在电池内部引入了微米级的通道结构：通道宽度约为 100 微米，微肋之间的间距同样为 100 微米。

“在传统设计中，水几乎没有有效的排出路径。”Meyer 博士解释道。

“而这些横向的‘旁路’通道为水提供了逃逸路径，使其不再在电池内部堆积，从而避免阻塞电池的正常工作。”

这一看似简单的结构调整，却带来了显著的性能提升。

“重新设计后的燃料电池，相比传统结构，输出功率提高了约 75%。”Meyer 博士指出。

土木与环境工程学院的 Peyman Mostaghimi 教授以及矿产与能源资源工程学院的王颖达博士补充说，团队通过将先进成像技术、流体流动模拟与精密微工程相结合，正在重新定义澳大利亚在氢燃料电池领域的技术路径。

最终形成的是一个效率更高、运行更稳定的系统，使氢燃料电池在大众市场中的吸引力大幅提升。

“这非常令人振奋。”赵教授表示。

“这一突破可以应用在多种场景中，让廉价、清洁且储量丰富的氢能更容易被实际利用。”

更接近现实的应用场景

新设计不仅提升了性能，还在成本和重量方面带来优势。由于电池效率提高，对铂等贵金属催化剂的依赖有所降低，整体系统也因此更轻、更经济。

研究团队指出，当前的燃料与能源危机凸显了此类清洁能源技术的重要性，尤其是在航空和重型货运等难以电气化的领域。

“我相信，在不远的将来，飞机将能够由氢燃料电池驱动。”Meyer 博士说。

赵教授则表示，通过对氢燃料电池的结构重新设计，轻量化航空应用变得更加可行。

在更短期的市场应用上，团队重点关注的是低空飞行器。与传统电池系统相比，采用氢能系统可以显著延长飞行时间，表现更为优越。

目前，这项“横向旁路”技术已由 Meyer 博士和赵教授申请专利。团队正在推进相关技术的放大与工程化，以期尽快实现规模化应用。