综述：氢燃料电池：实现净零排放的技术、经济和政策路径

《Sustainable Energy & Fuels》：Hydrogen fuel cells: technical, economic, and policy pathways toward net-zero integration

氢燃料电池面临高成本（铂催化剂、制氢能耗）、技术障碍（催化剂降解、膜耐用性）及基础设施不足等挑战，新兴技术如钯合金、非贵金属催化剂（M–N–C）和MOFs储氢材料具有潜力，但需解决规模化问题。AI优化系统设计、政策支持及减排统计（2050年或达67%）是关键突破点。

　　

氢燃料电池（HFCs）提供了一种可行的清洁能源解决方案，但面临着重大的经济和技术挑战。高昂的成本，尤其是基于铂的催化剂和能源密集型的氢气生产方式，阻碍了其大规模应用。通过可再生能源驱动的电解法生产的绿色氢气仍然价格昂贵（约5.84美元/千克），而基础设施的不足以及来自电池电动汽车的竞争进一步阻碍了其推广。技术障碍包括催化剂的老化、膜的耐用性（例如，PEMFC中的Nafion膜）以及电极设计的限制。新兴的替代方案，如钯合金、非贵金属催化剂（M–N–C）和增强型膜，显示出潜力，但在可扩展性和性能方面仍存在问题。系统集成的复杂性，包括热管理和氢储存，也加剧了这些挑战。生命周期评估显示，铂的成本占MEA（膜电极组件）成本的约91%，而氢气生产的排放量差异很大（到2030年，澳大利亚为每千克30–50千克二氧化碳，而意大利为每千克5–10千克二氧化碳）。尽管如此，氢燃料电池在减少碳排放方面具有巨大潜力，特别是在重型运输领域，预计到2050年减排量可达到67%。未来的进展将依赖于人工智能驱动的优化、新型材料（例如用于储存的MOFs）和混合系统设计。政策支持和基础设施投资对于解决供需矛盾至关重要。本文特别关注现有文献中的显著空白，提供了一个全面的多学科评估，涵盖了催化剂和膜技术的最新发展、全面的成本和生命周期评估，以及创新的人工智能驱动的系统优化方法。与以往主要强调孤立的技术或经济因素的研究不同，本文将技术、经济、环境和政策方面结合起来，提供了对氢燃料电池可扩展性和可持续整合的全面理解。通过强调具体的性能范围、经济比较和减排统计数据，本文为研究人员、政策制定者和行业领导者提供了战略性的见解，有助于加快向氢能经济的转型。