技術(shù)文章
TECHNICAL ARTICLES2018年12月9日,大同舉辦了“2018“氫都”大同氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇”,參見此次論壇的專家級別較高,全部來自中國氫能、燃料電池標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會,企業(yè)代表均為氫能及燃料電池行業(yè)的頭部企業(yè),大同論壇代表了中國中國氫能、燃料電池的高水平。衣寶廉院士發(fā)表了主題為《車用燃料電池技術(shù)進展》的報告,介紹了國內(nèi)氫能燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化情況,指出產(chǎn)業(yè)化技術(shù)難點和公guan方向。以下為根據(jù)會場錄音整理的報告要點。
一、燃料電池車的性能和舒適性媲美燃油車
燃料電池原理與鋰電池相比具有三個特點:1、安全性高,燃料電池與鋰電池在原理上的不同,鋰電池把氧化劑和還原劑封裝在一起,燃料電池把氧化劑與還原劑分開,其區(qū)別是鋰電池的膜破就會發(fā)生燃燒爆炸,而燃料電池膜破后只要及時切斷氫氣就不會發(fā)生爆炸;2、燃料電池儲能量高可以達(dá)到1kWh/kg的輸出,目前水平是250~300kwh/h的儲能密度,遠(yuǎn)高于鋰電池,適合重卡、運輸;3、燃料電池一般與二次電源或超級電容混合(即電電混合模式),這個技術(shù)方向是中國首先采用的。燃料電池技術(shù)水平高的情況下用二次電源較少,反之用二次電源較多。
與傳統(tǒng)燃油車相比,燃料電池車在性能和舒適性已經(jīng)基本達(dá)到燃油車水平;與鋰電池車相比,燃料電池車?yán)m(xù)航里程更長,更安全。
二、成本是燃料電池車的兩大問題
1、燃料電池車成本高。燃料電池成本是燃油車的4倍,是鋰電池汽車的2倍,幾乎全部依靠政府補貼才可能有銷量。目前燃料電池運行情況是國內(nèi)有2000多輛燃料電池車在運行,在上2014年12月豐田宣布Mirai商業(yè)化專li開放使用推動了燃料電池車的發(fā)展。本田在2016年推出燃料電池車并準(zhǔn)備在日本東京奧運會使用燃料電池大巴車,韓國現(xiàn)代也有相應(yīng)車型推出。現(xiàn)在世界上可以購買的燃料電池汽車有四家分別是:豐田、本田、現(xiàn)代、中國上汽大通。2、加氫站建設(shè)成本高。加氫站造價約1000多萬元,是加油站的10倍。
三、國際上燃料電池車已實現(xiàn)商業(yè)
燃料電池發(fā)展到現(xiàn)在壽命問題已經(jīng)基本解決,鉑用量上水平是0.2g/kW,國內(nèi)是0.4g/kW,目標(biāo)是要達(dá)到燃油車尾氣處理用量水平,即將鉑用量降到0.1g/kW以下,這需要*燃料電池科研人員共同努力。目前實驗室內(nèi)已經(jīng)達(dá)到0.1g/kW以下的水平,但離大規(guī)模商業(yè)化還有一段距離。上燃料電池車已實現(xiàn)商業(yè)化,在續(xù)航里程、使用壽命、舒適性上已經(jīng)達(dá)到傳統(tǒng)燃油車水平。但在鉑用量還需要降低一倍以上,國內(nèi)則還要降低更多,在加氫站建設(shè)上需要擴大建設(shè)量。
四、國內(nèi)燃料電池車的發(fā)展?fàn)顩r
國內(nèi)燃料電池汽車已有20多年的發(fā)展歷史,萬鋼副主席提出三縱(鋰電池車、燃料電池車、混合動力車)三橫(電池推進系統(tǒng)和混合系統(tǒng))規(guī)劃,到現(xiàn)在已經(jīng)有20多年。十一五期間燃料電池在專家課題中排位,到十二五下降到第二位(位是鋰電池),十三五燃料電池與鋰電池持平,預(yù)計十四五燃料電池的投資將超過鋰電池,因為目前鋰電池車已經(jīng)商業(yè)化。
世博會之后,上汽舉辦了一次創(chuàng)新征程活動,考察鋰電池汽車、燃料電池汽車和混合動力車能否適應(yīng)中國環(huán)境,從西藏出發(fā)一路跑下來沒有問題,說明新能源汽車能很好的適應(yīng)中國環(huán)境;到十三五,國家一共投入8.27億支持燃料電池車發(fā)展,其中大的兩個項目是濰柴1.77億發(fā)展燃料電池車,大連新源動力1.25億發(fā)展燃料電池電堆及其他部件。
關(guān)于各地方燃料電池車的發(fā)展方面,在運營上,上海建立動力系統(tǒng)、氫能、燃料電池車運營三大平臺,有上百輛燃料電池車開始室外運營,公開出售上汽大通V80燃料電池車;在電堆和發(fā)動機生產(chǎn)上,有億華通(30kw和60kw)和宇通;在技術(shù)引進上,廣東國鴻引進巴拉德電堆體系。
加氫站方面,國內(nèi)宣布有40多座加氫站,但真正使用的不到10座,其中大連新源動力的加氫站功能比較齊全,實現(xiàn)了多種新能源聯(lián)合運營。
國內(nèi)已經(jīng)掌握了車用燃料電池核心技術(shù),并通過大量室外運行積累了豐富經(jīng)驗,具備大規(guī)模室外運營的條件,要盡快實現(xiàn)關(guān)鍵材料、質(zhì)子交換膜、膜電極、催化劑、雙極板等批量生產(chǎn),為降低電池成本和提高電堆一致性準(zhǔn)備條件。
五、國內(nèi)外差距
國外燃料電池發(fā)動機已達(dá)到4缸內(nèi)燃機水平,本田聲稱達(dá)到6缸內(nèi)燃機水平,進展較快;國內(nèi)裝車電堆比功率目前是2kw/L,較國外低了1/3,導(dǎo)致成本較高。當(dāng)務(wù)之急是提高燃料電池電堆比功率,以降低成本。如何提高電堆比功率?
要提高單電池比功率:
(1)發(fā)展高活性催化劑,小粒子、納米級、各種形狀的催化劑,活性提高3~4倍;
(2)發(fā)展增強的帶自由基崔變的薄質(zhì)子交換膜;
(3)采用新型流場,把流場適當(dāng)立體化。
解決電堆制備過程中一致性問題:
(1)大力發(fā)展空壓機;
(2)提高雙極板制備一致性;
(3)改進電堆的組裝工藝。
六、需要解決四個問題
1、盡快完善燃料電池發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè),盡快實現(xiàn)小配件(如氣體擴散層)生產(chǎn);
2、提高電堆體積和重量比功率,為降低成本和開發(fā)乘用車燃料電池電堆打下基礎(chǔ);
3、深入研究電堆衰減性能,使用新材料,提高電堆可靠性和耐久性;
4、催化劑鉑用量降到內(nèi)燃機汽車尾氣凈化器同級水平。
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