氫燃料電池有哪些有點(diǎn)？如何降低燃料電池車的成本？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-14 16:03
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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。燃料電池車與電動(dòng)車和插電式混合動(dòng)力車相比，更適合于大功率、長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，因此在公交車和重載車上的應(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，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。
電堆都是按壓力機(jī)方式組裝起來(lái)的，主要構(gòu)成是雙極板和MEA、密封件，因此還要進(jìn)一步改進(jìn)電堆的組裝工藝，開發(fā)嚴(yán)格定位技術(shù)。
燃料電池的壽命是電堆和系統(tǒng)雙方配合的結(jié)果，而不是電堆自己的努力。所以，我們也要加強(qiáng)電堆部分、系統(tǒng)部分關(guān)鍵部件的研發(fā)。
第一，盡快完善燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈，建立擴(kuò)散層碳紙等關(guān)鍵材料的生產(chǎn)線。另外，注意力不能只集中在膜電極和雙極板上，還要發(fā)展空壓機(jī)和氫氣循環(huán)泵。
第二，要提高電堆的工作電流密度，提高電堆的體積和重量比功率，降低電堆的成本，為開發(fā)乘用車奠定基礎(chǔ)。
希望燃料電池車盡快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的S型曲線的上升階段，達(dá)到一定程度后可以甩開補(bǔ)貼而盈利。有人預(yù)計(jì)，燃料電池車從關(guān)鍵材料來(lái)講，只要鉑用量降下來(lái)了，成本比鋰電池還要低，但這需要我們技術(shù)人員的共同努力。
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。燃料電池車與電動(dòng)車和插電式混合動(dòng)力車相比，更適合于大功率、長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，因此在公交車和重載車上的應(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，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。
電堆都是按壓力機(jī)方式組裝起來(lái)的，主要構(gòu)成是雙極板和MEA、密封件，因此還要進(jìn)一步改進(jìn)電堆的組裝工藝，開發(fā)嚴(yán)格定位技術(shù)。
燃料電池的壽命是電堆和系統(tǒng)雙方配合的結(jié)果，而不是電堆自己的努力。所以，我們也要加強(qiáng)電堆部分、系統(tǒng)部分關(guān)鍵部件的研發(fā)。
第一，盡快完善燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈，建立擴(kuò)散層碳紙等關(guān)鍵材料的生產(chǎn)線。另外，注意力不能只集中在膜電極和雙極板上，還要發(fā)展空壓機(jī)和氫氣循環(huán)泵。
第二，要提高電堆的工作電流密度，提高電堆的體積和重量比功率，降低電堆的成本，為開發(fā)乘用車奠定基礎(chǔ)。
希望燃料電池車盡快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的S型曲線的上升階段，達(dá)到一定程度后可以甩開補(bǔ)貼而盈利。有人預(yù)計(jì)，燃料電池車從關(guān)鍵材料來(lái)講，只要鉑用量降下來(lái)了，成本比鋰電池還要低，但這需要我們技術(shù)人員的共同努力。
