氢储能技术与应用

课程信息

课程名称／课程号	适用范围与修读要求
氢储能技术与应用 ENER3070M	储能普通班 · 多能融储 · 26级 专业必修 · 方向必修 储能卓工班 · 26级 专业选修（项目1）

课程简介

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《氢储能技术与应用》是面向储能科学与工程、新能源科学与工程等专业本科生开设的一门专业选修课程。课程围绕氢能“制备—储存—输运—应用”全产业链展开，系统介绍氢能在新型能源体系中的战略地位、关键技术及产业发展现状。主要内容包括化石能源制氢与电解水制氢技术、高压储氢、液氢储存和固态储氢技术、氢气输运与加氢基础设施、燃料电池发电技术，以及氢能在交通、电力、工业等领域的应用。通过本课程学习，学生将掌握氢储能系统的基本原理、关键设备和工程应用方法，理解氢能与风能、太阳能等可再生能源协同发展的技术路径，具备分析和解决氢储能领域复杂工程问题的基础能力。同时，课程结合国内外氢能产业发展案例和前沿技术进展，培养学生的创新意识、工程实践能力和绿色低碳发展理念，为从事氢能与储能相关领域的科学研究、工程设计和技术管理工作奠定基础。

来源：教务网。

课程内容

分数构成

期末闭卷考试占60%，平时习题作业占20%，氢能专题调研与课程报告（含分组讨论、课堂汇报等）占20%。

课程大纲

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第1讲：氢能战略与多源制氢格局

本讲从全球能源转型与碳中和背景切入，以"制氢—储输—应用"全链条视角阐述氢能战略定位，极简勾勒气态/液态/固态储氢、管道输氢、燃料电池交通及化工原料等终端场景，为后续模块预留接口。进而聚焦多源制氢格局，系统对比灰氢（天然气SMR、煤气化）、蓝氢（耦合CCUS）与绿氢（电解水）的产能分布与技术成熟度，介绍化石制氢反应原理及工艺流程，讲授CCUS碳捕集机制与蓝氢过渡价值，引入LCOH框架对比各路线经济性与碳足迹，结合主要经济体氢能战略，建立从资源禀赋到技术选型的系统思维。

第2讲 水电解原理与碱性及AEM电解技术

本讲建立水电解理论框架，讲授电化学反应原理、理论分解电压、过电位本质与极化曲线，梳理能效、电流密度等评价指标。深入剖析碱性电解（ALK），讲解电解槽结构、气液分离与碱液循环等系统集成，分析镍基电极、隔膜等关键材料的性能要求，讨论ALK大规模、低成本、高可靠性的工程优势与动态响应局限，介绍高压化与风光耦合方向。进一步讲授阴离子交换膜电解（AEM），阐述其兼具低成本与紧凑设计的技术定位，分析非贵金属催化剂活性优化与AEM膜化学稳定性对寿命的影响，探讨膜电极界面工程与示范验证进展。

第3讲 质子交换膜与固体氧化物电解技术

本讲系统讲授质子交换膜电解（PEM），以膜电极为核心分析膜、催化层与传输层的结构功能，讲解水循环、热管理与气体纯化等辅助系统，阐述高电流密度、快速启停、宽负载适配波动性电源的工程优势，讨论贵金属催化剂与钛部件的成本及耐久性挑战，介绍低铱催化与高温PEM前沿。进而讲授固体氧化物电解（SOEC），分析热能替代电能的超高能效原理及可逆运行潜力，讲授陶瓷电解质与电极材料的高温性能与失效机制，探讨热应力管理、密封可靠性及中温化工程路径。

第4讲 前沿电化学制氢与储能耦合技术

本讲聚焦前沿制氢技术与储能系统集成。讲授海水电解的氯腐蚀、沉淀堵塞等瓶颈及直接/间接路径选择；阐述解耦水电解时空分离氢氧的化学循环原理，分析其对间歇性电源的适配优势。介绍CO₂电催化还原的催化剂选择性设计与反应器结构创新。最后回归储能专业核心视角，讨论电解槽作为电氢转换接口的系统架构，比较不同电解技术在风光消纳场景下的启停特性、负载范围与效率差异，展望氢储能系统集成的技术方向。

第5讲 高压气态储氢

本讲重点介绍高压气态储氢的基本原理、系统组成与工程应用特点，涵盖氢气压缩、储氢容器、阀门管路及安全防护等关键环节。系统分析不同压力等级储氢技术的适用场景，重点讲授车载储氢瓶、固定式储氢装置及复合材料储氢容器的结构特点与性能要求。结合加氢站、燃料电池汽车及可再生能源制氢储能示范案例，帮助学生理解高压储氢在当前氢能储运体系中的主流地位、技术优势及安全挑战。

第6讲 液氢储存技术

本讲围绕液氢储存的基本原理与关键技术展开，重点介绍氢气液化过程、低温储罐结构、绝热技术以及液氢蒸发损失控制方法。分析液氢储存相较于高压气态储氢在体积储氢密度、长距离运输及大规模储能方面的优势，同时讨论其能耗高、设备复杂、低温安全风险大等工程问题。结合航天、交通运输和大规模氢能储备等典型应用场景，引导学生理解液氢技术在未来高密度氢储运体系中的重要作用。

第7讲 材料储氢与化学储氢技术

本讲系统介绍高压气态储氢和液氢储存之外的多种储氢技术路线，重点包括金属氢化物储氢、物理吸附储氢、液态有机氢载体储氢以及氨、甲醇、甲酸等化学储氢方式。讲授不同储氢材料和氢载体的储放氢机理、储氢容量、反应热力学与动力学特性，分析其在安全性、储能密度、运输便利性和系统集成方面的优势。结合液态有机储氢、绿氨储运及分布式供氢等典型应用场景，帮助学生理解材料储氢与化学储氢在长距离运输、大规模储能和终端供氢中的潜力，同时认识其在催化剂性能、脱氢能耗、循环稳定性、成本控制和工程放大等方面面临的关键挑战。

第8讲 氢气输运与加氢基础设施

本讲重点讲授氢气输运方式与加氢基础设施的系统构成，涵盖长管拖车运输、液氢运输、管道输氢、掺氢天然气管网以及加氢站建设与运行等内容。系统分析不同输运方式在运输距离、规模、成本、安全性和基础设施适配性方面的差异，阐明压缩、储存、计量、预冷和加注等加氢站关键环节的工作原理。结合国内外氢能示范城市群、加氢网络建设及可再生能源制氢外送案例，帮助学生理解氢气储运基础设施在连接制氢端与应用端中的枢纽作用，形成对氢能供应链工程系统的整体认识。

第9讲 氢能应用领域

本讲系统介绍氢能的主要应用领域与总体产业格局，涵盖交通、电力、工业及分布式能源等典型场景。重点分析氢能在不同终端能源体系中的功能定位，如作为高效清洁燃料、长时储能介质及工业原料的多重角色。结合国内外示范工程与典型案例，帮助学生理解氢能从“能源载体”向“系统性能源解决方案”的转变路径，建立对氢能应用全景的宏观认知。

第10讲 氢燃料电池

本讲重点讲授氢燃料电池的基本原理与关键技术，包括电化学反应机制、能量转换过程及系统组成。系统介绍质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等主流类型，分析其性能特点、关键材料与技术瓶颈。结合燃料电池汽车与分布式发电等应用案例，阐明燃料电池在高效清洁能源利用中的核心作用。

第11讲 化学工业用氢

本讲围绕绿氢在化工领域的转化利用展开，重点介绍氢气作为原料参与合成氨、甲醇及甲烷等化学品生产的基本原理与工艺路线。分析绿氨、绿醇等低碳化学品的合成路径、能量效率及碳减排潜力，探讨其在未来化工体系中的替代作用与产业化挑战，引导学生理解氢能在工业深度脱碳中的关键地位。

第12讲 氢能展望

本讲从技术演进与产业发展两个维度展望氢能未来发展趋势，涵盖高效制氢技术、低成本储运技术、新型催化与材料体系以及氢能系统集成创新方向。同时分析全球氢能市场格局、政策驱动机制与商业化路径，讨论氢能在“双碳”目标下的发展机遇与不确定性，引导学生形成对氢能技术与产业发展的系统性前瞻认知。

附：授课时间表（总计48课时）

周次	学时	教学内容要点	课程思政融入点和实施方法	教学形式
1	4	氢能战略与多源制氢格局	引导学生理解发展氢能对于国家能源安全、实现“碳达峰、碳中和”双碳目标的重大战略意义，激发学生科技报国的使命感和责任感。	理论讲授
2	4	水电解原理与碱性及AEM电解技术	我国碱性水电解槽技术已实现全球领先并大规模应用，这充分证明了我们在绿色赛道上自主创新的实力，是每一位中国人的骄傲。	理论讲授
3	4	质子交换膜与固体氧化物电解技术		理论讲授
4	4	前沿电化学制氢与储能耦合技术	我国在海水电解制氢技术上已实现关键突破，率先破解了直接利用海水制氢的世界性难题，为全球绿氢发展提供了“中国方案”。	理论讲授
5	4	高压气态储氢		理论讲授
6	4	液氢储存技术		理论讲授
7	4	材料储氢与化学储氢技术		理论讲授
8	4	氢气输运与加氢基础设施	思政融入点：文化自信、科技自立自强 案例：我国科学家和工程技术人员在液氢储运与高压储氢装备自主攻关中的创新故事	分组讨论
9	4	氢能应用领域	思政融入点：能源强国 案例：我国氢能示范城市群与可再生能源消纳应用实践	分组讨论
10	4	氢燃料电池		理论讲授
11	4	化学工业用氢		理论讲授
12	4	氢能展望	思政融入点：科技自强 案例：全球氢能战略布局与产业发展	理论讲授