掌握核心科技還不足以推向市場(chǎng)？如何解決電池成本問(wèn)題是關(guān)鍵
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-07 20:39
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從國(guó)際上看，燃料電池目前已進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入階段，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大幅度提升，用70MPa氫氣瓶可以運(yùn)行500公里以上。
燃料電池的發(fā)電原理為電化學(xué)，因此效率較高;工作方式為內(nèi)燃機(jī)，燃料儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐當(dāng)中，因此安全性比鋰離子電池高。燃料電池車(chē)與電動(dòng)車(chē)和插電式混合動(dòng)力車(chē)相比，更適合于大功率、長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，因此在公交車(chē)和重載車(chē)上的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢(shì)。
目前，氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上已經(jīng)基本達(dá)到了車(chē)輛使用的要求，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)掌握了氫燃料電池的核心技術(shù)?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)加氫站有10臺(tái)左右正在運(yùn)行，明年預(yù)計(jì)有100臺(tái)左右，運(yùn)行最頻繁的是張家口、云浮和上海，加氫量也是最多的。中國(guó)已經(jīng)掌握了燃料電池的核心技術(shù)，并經(jīng)過(guò)了大量的示范運(yùn)行，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，具備了進(jìn)行大規(guī)模示范運(yùn)行的條件。
但目前的問(wèn)題是，燃料電池仍沒(méi)有大批量的生產(chǎn)線(xiàn)，成本較高，并且受到加氫站的制約。所以，從電堆、燃料電池的角度，當(dāng)前的首要任務(wù)就是降低鉑用量和催化劑的成本。中國(guó)的車(chē)用燃料電池要想在國(guó)際上具有競(jìng)爭(zhēng)力，核心問(wèn)題就是提高電堆工作電流密度和比功率。
從國(guó)際上來(lái)看，燃料電池車(chē)已經(jīng)達(dá)到了四缸內(nèi)燃機(jī)的體積水平，本田宣布已經(jīng)達(dá)到了六缸內(nèi)燃機(jī)的水平，功率密度超過(guò)每立升3千瓦。我們國(guó)內(nèi)裝車(chē)的電堆現(xiàn)在在每立升2.0千瓦左右，所以我們電堆比功率比國(guó)外還要低1/3左右。
目前，首先要盡快實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料、電催化劑、質(zhì)子交換膜、膜電極三合一、雙極板等批量生產(chǎn)，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎(chǔ)。其次要降低鉑用量，進(jìn)一步提高電堆和電池系統(tǒng)的可靠性和耐久性。
要想降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，特別是電堆成本，首先就要研究提高單電池的比功率，降低化學(xué)極化、歐姆極化和傳質(zhì)極化。而要想降低化學(xué)極化，就要研發(fā)更高效的電催化劑。中科院大連化物所研發(fā)的超小鉑銅合金催化劑，性能是現(xiàn)在碳鉑催化劑的3～5倍;鉑鎳納米線(xiàn)催化劑性能也是碳鉑催化劑的3倍多。有了高效的電催化劑，就可以提高電堆的工作電流密度，減少化學(xué)極化。同時(shí)要采用薄的增強(qiáng)的復(fù)合膜，降低歐姆極化。
現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室里單池研究已經(jīng)達(dá)到了每平方厘米1安培的時(shí)候在0.7V以上，每平方厘米2安培在0.6V以上，我們正在向2.5安培進(jìn)軍。以后要發(fā)展到每平方厘米2～2.5安培，這樣我們的電堆水平就可以達(dá)到豐田的水平以至于超過(guò)豐田的水平。
從電堆角度來(lái)看，流場(chǎng)阻力越大，電堆的一致性越好，但是供氣壓力加大，空壓機(jī)內(nèi)耗也會(huì)增加。為此，我們要研究低內(nèi)耗的空壓機(jī)，才能保證電堆的高功率密度輸出。另外要提高雙極板制備的一致性，特別是平整度，不管是金屬板還是石墨板，平整決定電堆一致性，是關(guān)鍵因素。
燃料電池的發(fā)電原理為電化學(xué)，因此效率較高;工作方式為內(nèi)燃機(jī)，燃料儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐當(dāng)中，因此安全性比鋰離子電池高。燃料電池車(chē)與電動(dòng)車(chē)和插電式混合動(dòng)力車(chē)相比，更適合于大功率、長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，因此在公交車(chē)和重載車(chē)上的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢(shì)。
目前，氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上已經(jīng)基本達(dá)到了車(chē)輛使用的要求，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)掌握了氫燃料電池的核心技術(shù)?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)加氫站有10臺(tái)左右正在運(yùn)行，明年預(yù)計(jì)有100臺(tái)左右，運(yùn)行最頻繁的是張家口、云浮和上海，加氫量也是最多的。中國(guó)已經(jīng)掌握了燃料電池的核心技術(shù)，并經(jīng)過(guò)了大量的示范運(yùn)行，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，具備了進(jìn)行大規(guī)模示范運(yùn)行的條件。
但目前的問(wèn)題是，燃料電池仍沒(méi)有大批量的生產(chǎn)線(xiàn)，成本較高，并且受到加氫站的制約。所以，從電堆、燃料電池的角度，當(dāng)前的首要任務(wù)就是降低鉑用量和催化劑的成本。中國(guó)的車(chē)用燃料電池要想在國(guó)際上具有競(jìng)爭(zhēng)力，核心問(wèn)題就是提高電堆工作電流密度和比功率。
從國(guó)際上來(lái)看，燃料電池車(chē)已經(jīng)達(dá)到了四缸內(nèi)燃機(jī)的體積水平，本田宣布已經(jīng)達(dá)到了六缸內(nèi)燃機(jī)的水平，功率密度超過(guò)每立升3千瓦。我們國(guó)內(nèi)裝車(chē)的電堆現(xiàn)在在每立升2.0千瓦左右，所以我們電堆比功率比國(guó)外還要低1/3左右。
目前，首先要盡快實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料、電催化劑、質(zhì)子交換膜、膜電極三合一、雙極板等批量生產(chǎn)，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎(chǔ)。其次要降低鉑用量，進(jìn)一步提高電堆和電池系統(tǒng)的可靠性和耐久性。
要想降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，特別是電堆成本，首先就要研究提高單電池的比功率，降低化學(xué)極化、歐姆極化和傳質(zhì)極化。而要想降低化學(xué)極化，就要研發(fā)更高效的電催化劑。中科院大連化物所研發(fā)的超小鉑銅合金催化劑，性能是現(xiàn)在碳鉑催化劑的3～5倍;鉑鎳納米線(xiàn)催化劑性能也是碳鉑催化劑的3倍多。有了高效的電催化劑，就可以提高電堆的工作電流密度，減少化學(xué)極化。同時(shí)要采用薄的增強(qiáng)的復(fù)合膜，降低歐姆極化。
現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室里單池研究已經(jīng)達(dá)到了每平方厘米1安培的時(shí)候在0.7V以上，每平方厘米2安培在0.6V以上，我們正在向2.5安培進(jìn)軍。以后要發(fā)展到每平方厘米2～2.5安培，這樣我們的電堆水平就可以達(dá)到豐田的水平以至于超過(guò)豐田的水平。
從電堆角度來(lái)看，流場(chǎng)阻力越大，電堆的一致性越好，但是供氣壓力加大，空壓機(jī)內(nèi)耗也會(huì)增加。為此，我們要研究低內(nèi)耗的空壓機(jī)，才能保證電堆的高功率密度輸出。另外要提高雙極板制備的一致性，特別是平整度，不管是金屬板還是石墨板，平整決定電堆一致性，是關(guān)鍵因素。
