中國工程院院士衣寶廉:預計國內明年將建成100座左右加氫站
張家口有74輛燃料電池車正在示范運行,還有99輛福田車和25輛宇通12米的大巴車,已經開始示范運行,張家口在中國算是比較寒冷的地區,運行結果證明,在寒冷條件下,燃料電池車只要解決了啟動問題,還是比鋰電池車優越的,因為燃料電池車工作起來,它的溫度就是你設定的工作溫度,不像鋰離子電池受環境的影響比較大。
宇通已經開發了三代燃料電池車,最主要的證明,就是證明在開空調的條件下百公里要消耗0.8公斤左右的氫,除了在張家口以外,鄭州也開始示范運行。我們國鴻氫能已經能夠做30千瓦—80千瓦的燃料電池電堆,適合裝大巴車,它在云浮市有70輛燃料電池車投入運行,佛山也搞了首輛輕軌車目前已經下線,現在德國要搞輕軌運輸車,這是很好的發展方向。
現在中國已經建設了10座左右的加氫站,明年預計達到100座左右,運行最頻繁的城市是張家口、云浮和上海,這些城市加氫量最多。
萬鋼在2017年未來出行上海科協年會上指出,氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上基本達到了車輛使用要求,中國初步掌握了相關的核心技術,基本建立了具有自主知識產權的燃料電池動力系統技術平臺,未來主要在于加強協同創新,加快推進燃料電池產業的全面發展。
從國內來看,我們已經掌握了燃料電池的核心技術,并經過了大量的示范運行,積累了豐富經驗,具備了進行大規模示范運行的條件。我們現在要盡快實現關鍵材料、電催化劑、質子交換膜、膜電極三合一、雙極板等批量生產,為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎。要提高電堆的比功率,降低電堆成本和Pt用量。進一步提高電堆系統的可靠性和耐久性。
從國際上來看,燃料電池車已經達到了四缸內燃機的體積水平,上次海口會,本田宣布已經達到了六缸內燃機的水平,功率密度達到每立升3千瓦。我們國內裝車的電堆現在大概都在每立升2千瓦左右,就是V80、榮威750和榮威950用的都是在這個數量級,所以我們輸出功率電堆比國外還是低1/3左右。
要想降低燃料電池發動機的成本,特別是電堆成本,就要提高單電池,首先要研究提高單電池的比功率,就是降低化學極化、歐姆極化和傳質極化。
要降低化學極化,主要靠做高效的電催化劑,現在國際上的通用是搞鉑合金催化劑,核殼催化劑有三種辦法來制備。同時我們要采用鉑增強的混合膜,降低歐姆極化。通過增強膜就可以減播,另外通過過氧化物,可以減少膜的化學腐蝕。另外要采用新型流場,降低傳質極化。像豐田,把二維流場改為三維流場以后,傳質極化就大幅度下降,這樣密度就可以提高到幾個安培每平方厘米。
單池性能提高以后,現在國內在實驗室里面單池研究已經達到了每平方厘米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。雙堆可能每立方厘米1安培,以后要發展到2、2.5安培,這樣我們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,但是空壓機內耗會增加。我們要研究低內耗的空壓機,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,它的平整決定電堆一致性是關鍵因素。
從電極制備來看目前共有三代,開始都是做噴涂電機,后來是CCM,現在裝機用的電堆主要是第二代電極,第二代電極的批量生產技術也需要攻克,因為現在的噴涂技術不適合于幾百萬輛車的生產。
隨著關鍵材料的進步,保護措施可以逐漸下降。舉個例子,如果我們做電催化劑要能抗1.6V的高壓不氧化,碳載體也不氧化,啟動、停車就沒有必要解決開路氧化問題,所以現在材料還跟不上去,國際上看也沒有做到,燃料電池的壽命是電堆和系統雙方配合的結果,而不是電堆自己的努力,要兩方面結合起來。所以也要加強電堆部分、系統部分關鍵部件的研發。所以我建議:
第一,盡快要完善燃料電池的產業鏈,建立擴散層碳紙生產線。大家都在說,產業鏈基本配全了,我認為這種小的像碳紙擴散層一定要建立生產線。我們現在把注意力都集中在膜和雙極板上了。另外要發展空壓機和氫氣循環泵。
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,為開發乘用車奠定基礎。因為乘用車一般希望把燃料的電堆和控制部分都放在前面內燃機、發動機這個部位。
第三,要深入研發電堆的衰減機理,開發抗腐蝕、穩定的新材料,大幅度提高發動機的可靠性和耐久性。所以可靠性和耐久性是靠系統和電堆共同來決定的,電堆進步了系統就可以簡化,所以電堆和系統要相互配合,通過關鍵材料的進步來簡化電堆系統。
第四,開展超低鉑和非鉑電催化劑的理論和應用研究,進一步把電池的鉑用量降低到每千瓦小于0.1克,這是國際上燃料電池的基本要求。
第五,建立關鍵部件,電堆和電池系統的測試,與耐久性快速評價方法,這是現在燃料電池標委會正在做的一件事情,因為大家都說我是世界第一,到底是不是第一我們要有一個中立機構進行評選,我們要盡快建立中立性的檢測機構,它本身不做燃料電池開發、也不做系統、也不做電堆,但是有一個檢測機構,這樣對推進我們燃料電池技術的進步,趕上世界水平會有重大作用。
我希望燃料電池車盡快實現商業化的S型曲線的上升階段,到一定程度我們能甩開補貼,也能夠盈利,現在有人預計,燃料電池車從關鍵材料講,只要鉑用量降下來了,比鋰電池可能成本還要低,因為只有鉑是貴的,所以如果把鉑做出來了,其他東西都是鋼鐵和有機的東西,完全可以降低成本,所以有跟鋰電池和燃油車競爭的基礎,但要靠我們技術人員的共同努力。
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