氢能研究院
燃料电池进入商业化应用阶段
来源: | 作者:pmob353cf | 发布时间: 2016-11-21 | 2233 次浏览 | 分享到:
      面对全球能源紧缺和环境污染的挑战,加快推进实现清洁低碳发展重要途径的氢能和燃料电池的研发应用,成为新能源汽车行业亟待攻克的难题。
      目前,很多发达国家已经将燃料电池视为涉及国家安全的技术、国家支柱产业,列入了国家重点研究项目。
      那么,当前的燃料电池技术及应用发展水平究竟如何?其推广应用面临哪些问题?我国燃料电池行业该如何破局发展?在此次展会上,本报记者就以上问题采访了我国燃料电池研究开拓者之一、中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所技术带头人衣宝廉。
      实现燃料电池产业化每千瓦铂用量需降至0.1克以下
      中国电力报:燃料电池的特殊性和关键工艺是什么?其新能源汽车应用技术水平如何?
      衣宝廉:与锂电池、锌锰干电池等相比,燃料电池的特殊性在于,其以电化学原理发电,以内燃机方式工作。确切地说,它是一个系统,电池只是能源转换的地方,通过供给氢气与空气,氢气和氧气在电池内部发生电化学反应,将化学能直接转换为电能,再把化学反应产生的废热和水排出来。
      一节燃料电池的工作电压在1伏左右,而航天用、小汽车用、大巴用的工作电压约分别为28伏、300伏和600伏,这就需要最多把近1000节的燃料电池按压滤机方式组合起来应用。因此,同所有的二次电池一样,各节燃料电池的一致性问题是至关重要的。
      当前,世界各大汽车公司都推出了燃料电池概念车,他们表面上是在较量燃料电池小轿车应用技术,实际上都在极力攻克燃料电池大巴、轻轨甚至是高铁应用技术,因为它们对加氢站的依赖低,而依赖越低越有利于燃料电池汽车的产业化。
      目前,燃料电池功率密度已经达到内燃机水平,装备70兆巴氢瓶的燃料电池汽车可行驶700千米,加氢耗时小于5分钟。燃料电池大巴、轿车的寿命分别约达到1.8万小时和5000小时。
      以当前的原料价格计算,生产50万辆燃料电池汽车的燃料电池价格约为49美元/千瓦。此前,业内有燃料电池发展受“铂”限制的说法。事实上,在国际上,燃料电池每千瓦的用铂量已经从1克降到0.2克,我国每千瓦的用铂量也降到了0.4克,但是,要实现其产业化,这一用量要降到0.1克以下。
      应用进入商业化阶段生产线、成本、加氢站是关键
      中国电力报:请结合我国燃料电池新能源汽车应用发展介绍,燃料电池应用市场发展面临哪些问题?
      衣宝廉:我国最早在2007年上海比比登竞赛上,展示了自主生产的燃料电池汽车。在2008~2010年期间,先后有自主生产的23辆燃料电池汽车在奥运会期间试运行,自主生产的16辆燃料电池汽车在美国加州试运行,自主生产的1辆燃料电池大巴参加新加坡世青会,196辆燃料电池汽车在上海世博会期间示范运行。
      上海世博会期间试运行的车辆包括了美国通用生产的30辆燃料电池轿车。通过对比运行情况发现,我国生产的燃料电池汽车的性能、可靠性不比通用的差,但其寿命不如通用的。
      2014年,上汽集团推出了燃料电池汽车荣威950,并参加了创新征程———2014新能源汽车万里行,运行效果良好。当前,宇通也推出了第三代燃料电池客车,福田在奥运会期间就做了燃料电池大巴,上海大通也发布了燃料电池汽车,中车目前在做的是用燃料电池给超级电容器充电的新能源汽车。
      不过,对比全球燃料电池汽车发展历程来看,我国燃料电池的技术研发及应用水平,整体落后于国际水平。
      当前,全球燃料电池汽车发展经历了3个阶段:1990~2005年,加拿大Ballard公司生产了3辆燃料电池大巴,在美国芝加哥试运行1个月之后全部垮掉,暴露出了燃料电池不适用于汽车工况的致命问题;2005~2012年,业界解决了燃料电池汽车工况适应性的问题,并将燃料电池性能提升到2千瓦/升,可在零下30摄氏度环境中正常启动,使燃料电池基本上满足了车用的要求;2012年至今,燃料电池汽车进入商业化导入阶段,2014年12月15日,丰田汽车宣布旗下的“未来”车开始商业化应用。
      但是,截至目前,丰田汽车并没有建设批量生产线,1天仅能生产3辆燃料电池汽车。
      因此,从国际市场来看,燃料电池汽车市场已经进入商业化导入阶段,但是,推动其商业化应用发展,关键还需要进一步建立生产线,降低成本,建设加氢站。
      需实现关键材料配套生产进一步提升燃料电池寿命
      中国电力报:就您看来,我国燃料电池及市场应用该如何破局发展?
      衣宝廉:首先,实现关键材料的配套生产。催化剂、隔膜等关键配套材料在国外采购,导致我国燃料电池发动机价格比国外贵。我国已经掌握了先进的配套材料技术,但由于燃料电池生产未形成良性循环,企业不愿投资生产。
      其次,提高电堆、电池系统的可靠性、耐久性。我国燃料电池汽车的初性能不比德国、日本等国家差,但可靠性、耐久性不如他们,希望研究工况下燃料电池衰减机理的科研单位与电堆、电池系统生产企业真诚合作,进一步提升燃料电池寿命。
      再次,加快研发燃料电池系统用空压机、氢瓶,建设加氢站,并大幅度降低成本。
      近20年来,我国空压机技术研究至今没有大的突破,建议采用引进、合资建厂的方式研发生产。我国的氢站建设取得了一定成果,但经济效益欠佳,建议协同发展燃料电池汽车和加氢站建设,例如,先发展燃料电池大巴,再发展燃料电池轻轨和高铁。目前,我国正在攻关70兆巴氢瓶技术。
      第四,加速轿车用燃料电池开发,这是各大汽车公司比拼燃料电池应用技术的关键。燃料电池轿车的要求是重量比功率和体积比功率,在这一方面,我国还需要突破高性能低电阻、薄金属双极板制备技术和纳米薄膜有序化电极制备技术或3D流场技术。
      第五,加速示范运行和安全试验。上海世博会后,我国燃料电池汽车示范运行基本处在停滞状态,今年启动的联合国环境开发署资助的大巴示范运行是一个好的开始。