各項(xiàng)技術(shù)都有大突破？燃料電池發(fā)展趨勢(shì)日漸明朗
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-06 18:05
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氫氣的提純：碳?xì)淠ぜ夹g(shù)替代現(xiàn)有成本高昂的冷卻技術(shù)
在氫氣制備過程中不可避免會(huì)帶有雜質(zhì)，氫氣中帶有雜質(zhì)就帶來了安全隱患，容易發(fā)生爆炸。因此，在制備過程中還需要用物理或化學(xué)方法除去氫氣中雜質(zhì)。氫氣提純技術(shù)主要包括：冷卻分離、膜分離、變壓吸附、金屬氫化物法和分子篩等。當(dāng)前的氫提純技術(shù)主要采用冷卻分離技術(shù)，但因其成本較高，也限制了氫利用的商業(yè)化。
美國正在開發(fā)一種碳?xì)淠し蛛x系統(tǒng)，可以應(yīng)用在大規(guī)模煤制氣聯(lián)合系統(tǒng)中用于分離氫氣和二氧化碳，可替代成本高昂的冷卻技術(shù)。
3.氫的儲(chǔ)運(yùn)和加注：國外已有成熟技術(shù)應(yīng)用
常見的運(yùn)輸方式有液化汽車運(yùn)輸、高壓氣體汽車運(yùn)輸和管道運(yùn)輸（方法一、二、三），目前各國正在研發(fā)氫載體方式運(yùn)輸氫（方法四），我國的富瑞特裝已經(jīng)在有機(jī)物儲(chǔ)氫技術(shù)上取得階段性成果。同時(shí)，采用各種基本運(yùn)輸方式的組合運(yùn)輸形式。
氫的加注和天然氣加注方式比較相似，氣態(tài)氫直接加注，液態(tài)氫經(jīng)過氣化后在進(jìn)行加注。
氫的存儲(chǔ)技要求高效、安全、便捷、低成本，主要技術(shù)指標(biāo)有容量、加注便捷性、耐久性。物理存儲(chǔ)氫（壓縮氣體、低溫液體容器）技術(shù)是當(dāng)前最成熟的存儲(chǔ)技術(shù)。未來能夠夠使汽車商業(yè)化，主要集中在規(guī)模效應(yīng)和新技術(shù)降低碳纖維成本之上。另外在研雙向可逆的金屬氫化物存儲(chǔ)技術(shù)也在研發(fā)之中。
4.燃料電池系統(tǒng)：規(guī)模化、新技術(shù)降本路線清晰
燃料電池系統(tǒng)是燃料電動(dòng)車的核心，一般由電池堆、燃料處理器、空氣壓縮機(jī)和組成增濕器（豐田已經(jīng)省去）組成。
燃料電池堆由電池和端極組成，其中電池單元是核心。單個(gè)電池單元產(chǎn)生的電壓小于1V，一個(gè)電池堆需要多個(gè)電池單元連接起來，具體數(shù)量取決于電池的類型，電池的尺寸、溫度、氣體壓力等因素。
PEMFC核心——電池單元，通常由質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層組成。
質(zhì)子交換膜（Polymerelectrolytemembrane）：是一種聚合物質(zhì)薄膜，僅允許質(zhì)子通過，厚度大約20微米，主要廠商有杜邦、WLGore、3M等。
催化劑層（Catalystlayers）：附著在交換膜的兩側(cè)，常見的催化劑層是在碳基載體上分布納米級(jí)的鉑金屬顆粒，在負(fù)極側(cè)，鉑金使氫氣分子分解為氫離子和電子，在正極鉑金使氫離子和氧作用生成水，主要廠商有3M、JM、BASF等。
氣體擴(kuò)散層（Gasdiffusionlayers）：處于催化層的外側(cè)，促進(jìn)氣體進(jìn)入催化層，同時(shí)可以運(yùn)離生成的水；常見的氣體擴(kuò)散層是部分由聚四氟乙烯覆蓋的碳纖維紙，氣體通過GDL的孔可實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)散，同時(shí)可以調(diào)節(jié)水存留和釋放量平衡，主要廠商有SGL、Toray、Ballad。
在氫氣制備過程中不可避免會(huì)帶有雜質(zhì)，氫氣中帶有雜質(zhì)就帶來了安全隱患，容易發(fā)生爆炸。因此，在制備過程中還需要用物理或化學(xué)方法除去氫氣中雜質(zhì)。氫氣提純技術(shù)主要包括：冷卻分離、膜分離、變壓吸附、金屬氫化物法和分子篩等。當(dāng)前的氫提純技術(shù)主要采用冷卻分離技術(shù)，但因其成本較高，也限制了氫利用的商業(yè)化。
美國正在開發(fā)一種碳?xì)淠し蛛x系統(tǒng)，可以應(yīng)用在大規(guī)模煤制氣聯(lián)合系統(tǒng)中用于分離氫氣和二氧化碳，可替代成本高昂的冷卻技術(shù)。
3.氫的儲(chǔ)運(yùn)和加注：國外已有成熟技術(shù)應(yīng)用
常見的運(yùn)輸方式有液化汽車運(yùn)輸、高壓氣體汽車運(yùn)輸和管道運(yùn)輸（方法一、二、三），目前各國正在研發(fā)氫載體方式運(yùn)輸氫（方法四），我國的富瑞特裝已經(jīng)在有機(jī)物儲(chǔ)氫技術(shù)上取得階段性成果。同時(shí)，采用各種基本運(yùn)輸方式的組合運(yùn)輸形式。
氫的加注和天然氣加注方式比較相似，氣態(tài)氫直接加注，液態(tài)氫經(jīng)過氣化后在進(jìn)行加注。
氫的存儲(chǔ)技要求高效、安全、便捷、低成本，主要技術(shù)指標(biāo)有容量、加注便捷性、耐久性。物理存儲(chǔ)氫（壓縮氣體、低溫液體容器）技術(shù)是當(dāng)前最成熟的存儲(chǔ)技術(shù)。未來能夠夠使汽車商業(yè)化，主要集中在規(guī)模效應(yīng)和新技術(shù)降低碳纖維成本之上。另外在研雙向可逆的金屬氫化物存儲(chǔ)技術(shù)也在研發(fā)之中。
4.燃料電池系統(tǒng)：規(guī)模化、新技術(shù)降本路線清晰
燃料電池系統(tǒng)是燃料電動(dòng)車的核心，一般由電池堆、燃料處理器、空氣壓縮機(jī)和組成增濕器（豐田已經(jīng)省去）組成。
燃料電池堆由電池和端極組成，其中電池單元是核心。單個(gè)電池單元產(chǎn)生的電壓小于1V，一個(gè)電池堆需要多個(gè)電池單元連接起來，具體數(shù)量取決于電池的類型，電池的尺寸、溫度、氣體壓力等因素。
PEMFC核心——電池單元，通常由質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層組成。
質(zhì)子交換膜（Polymerelectrolytemembrane）：是一種聚合物質(zhì)薄膜，僅允許質(zhì)子通過，厚度大約20微米，主要廠商有杜邦、WLGore、3M等。
催化劑層（Catalystlayers）：附著在交換膜的兩側(cè)，常見的催化劑層是在碳基載體上分布納米級(jí)的鉑金屬顆粒，在負(fù)極側(cè)，鉑金使氫氣分子分解為氫離子和電子，在正極鉑金使氫離子和氧作用生成水，主要廠商有3M、JM、BASF等。
氣體擴(kuò)散層（Gasdiffusionlayers）：處于催化層的外側(cè)，促進(jìn)氣體進(jìn)入催化層，同時(shí)可以運(yùn)離生成的水；常見的氣體擴(kuò)散層是部分由聚四氟乙烯覆蓋的碳纖維紙，氣體通過GDL的孔可實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)散，同時(shí)可以調(diào)節(jié)水存留和釋放量平衡，主要廠商有SGL、Toray、Ballad。
