掌握核心科技還不足以推向市場？如何解決電池成本問題是關(guān)鍵
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-07 20:39
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從國際上看，燃料電池目前已進入市場導(dǎo)入階段，發(fā)動機的功率大幅度提升，用70MPa氫氣瓶可以運行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，燃料儲存在儲罐當(dāng)中，因此安全性比鋰離子電池高。燃料電池車與電動車和插電式混合動力車相比，更適合于大功率、長距離的運輸，因此在公交車和重載車上的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢。
目前，氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上已經(jīng)基本達到了車輛使用的要求，國內(nèi)也已經(jīng)掌握了氫燃料電池的核心技術(shù)?，F(xiàn)在，國內(nèi)加氫站有10臺左右正在運行，明年預(yù)計有100臺左右，運行最頻繁的是張家口、云浮和上海，加氫量也是最多的。中國已經(jīng)掌握了燃料電池的核心技術(shù)，并經(jīng)過了大量的示范運行，積累了豐富經(jīng)驗，具備了進行大規(guī)模示范運行的條件。
但目前的問題是，燃料電池仍沒有大批量的生產(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。中國的車用燃料電池要想在國際上具有競爭力，核心問題就是提高電堆工作電流密度和比功率。
從國際上來看，燃料電池車已經(jīng)達到了四缸內(nèi)燃機的體積水平，本田宣布已經(jīng)達到了六缸內(nèi)燃機的水平，功率密度超過每立升3千瓦。我們國內(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外還要低1/3左右。
目前，首先要盡快實現(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)動機的成本，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。同時要采用薄的增強的復(fù)合膜，降低歐姆極化。
現(xiàn)在，國內(nèi)實驗室里單池研究已經(jīng)達到了每平方厘米1安培的時候在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到豐田的水平以至于超過豐田的水平。
從電堆角度來看，流場阻力越大，電堆的一致性越好，但是供氣壓力加大，空壓機內(nèi)耗也會增加。為此，我們要研究低內(nèi)耗的空壓機，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，燃料儲存在儲罐當(dāng)中，因此安全性比鋰離子電池高。燃料電池車與電動車和插電式混合動力車相比，更適合于大功率、長距離的運輸，因此在公交車和重載車上的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢。
目前，氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上已經(jīng)基本達到了車輛使用的要求，國內(nèi)也已經(jīng)掌握了氫燃料電池的核心技術(shù)?，F(xiàn)在，國內(nèi)加氫站有10臺左右正在運行，明年預(yù)計有100臺左右，運行最頻繁的是張家口、云浮和上海，加氫量也是最多的。中國已經(jīng)掌握了燃料電池的核心技術(shù)，并經(jīng)過了大量的示范運行，積累了豐富經(jīng)驗，具備了進行大規(guī)模示范運行的條件。
但目前的問題是，燃料電池仍沒有大批量的生產(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。中國的車用燃料電池要想在國際上具有競爭力，核心問題就是提高電堆工作電流密度和比功率。
從國際上來看，燃料電池車已經(jīng)達到了四缸內(nèi)燃機的體積水平，本田宣布已經(jīng)達到了六缸內(nèi)燃機的水平，功率密度超過每立升3千瓦。我們國內(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外還要低1/3左右。
目前，首先要盡快實現(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)動機的成本，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。同時要采用薄的增強的復(fù)合膜，降低歐姆極化。
現(xiàn)在，國內(nèi)實驗室里單池研究已經(jīng)達到了每平方厘米1安培的時候在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到豐田的水平以至于超過豐田的水平。
從電堆角度來看，流場阻力越大，電堆的一致性越好，但是供氣壓力加大，空壓機內(nèi)耗也會增加。為此，我們要研究低內(nèi)耗的空壓機，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。
