铅酸蓄电池_蓄电池生产厂家国内氢燃料电池产业化技术瓶颈及应对策略
时间:2019-05-25 22:45:27 阅读:5617
虽然整体来看国内燃料
电池发展进程暂时落后于国外,但很多产业环节并推的发展策略,令国内燃料电池产业发展速度远超国外,有望在较短时间内完成追逐。
面对当前国内燃料电池产业化发展所面临的寿命、价格、基础设施和产业政策与标准缺失瓶颈,通过细分的技术和政策手段取得实质改良,并提出“超级工厂”概念助推国内燃料电池产业化发展。
甚么是氢能与燃料电池?简单的讲,燃料电池就是能源转换装置,和内燃机类似,把1种能源转化成另外1种能量。燃料电池是电化学的转换装置,可将化学能量转化为电能。
这个装置有很多的特别的地方,它高效清洁、功率较高(可到达每升3.1kW的功率密度)、没有噪音、充气迅速(3分钟充气可让汽车行驶500⑺00km),是10分理想的能量转化装置。
以电池技术为参照,燃料电池的技术更加复杂,触及到包括电堆在内的1整套系统。比如需要把氢气通到燃料电池里,把空气通过空气紧缩机通到燃料电池里实现发电,再通过DCDC装置将所得电力的电压转换到所需电压等,这些也是燃料电池技术的难度所在。
作为能源转化装置的燃料电池具有和内燃机一样的功能,也就决定了其用处的广泛性,几近所有内燃性能发挥作用的领域,燃料电池都可以参与代替。比如能源交通、发电、家庭、移动电源、通讯基站和空间技术、军事、医学领域等。
而在众多的利用领域中,交通运输层面的利用格外重要。早在2000年,福特公司CEO小福特就断言燃料电池将终结内燃机的百年统治,实际上不止福特,全球大型汽车企业几近都认同了这样的观点。
美国的咨询公司KPMG曾对全球汽车企业总裁进行过1项调查,结果显示,2018年全球汽车企业总裁1致认为燃料电池汽车是现今发展的主流,而电动车则在2018年降落到第5位。
通过对电动车和燃料电池车的经济性对照,我们可以发现的明显特点是电动车在短距、小型车领域占有优势,但在长距离、大型汽车领域,燃料电池则会更具优势。基本上续航里程超过100km,燃料电池汽车就会处于优势地位。
国内外燃料电池汽车发展进程对照现阶段,全球都在加快燃料电池车型的开发、推行步伐,但在产业发展进程上,国内外存在1定的差异。
整体来看,国外燃料电池汽车的发展基本已完成“技术验证/用户认可—本钱下降—性能提升—市场引入—大范围制造”5个阶段。具有代表性的是2015年日本丰田推出的Mirai,标志着燃料电池汽车成功进入商业化阶段,所以2015年也被视为燃料电池汽车产业化元年。
反观国内,燃料电池汽车技术相对落后于国外,车型也大多处于研究阶段,对比上述5大发展阶段,基本上处于技术验证阶段,与国外存在着较大差距。
但值得注意的是,过去几年国内燃料电池行业飞速发展,不同的行业、公司应用了不同的方法延续进行技术突破,虽然行业整体被归于技术验证阶段,但实际上的用户认可、下降本钱、市场引入等环节在同步推动,有希望在较短时间内遇上国外先进技术。
氢能和燃料电池产业化4大瓶颈及应对策略整体来看,当前燃料电池技术包括峰值效力、系统能量密度、低温启动等性能已基本到达商业化标准。但燃料电池的寿命和价格目前距离当前预期仍有1定差距,加上基础设施建设、产业政策与标准的缺失,4大因素综合限制了氢能和燃料电池的产业化发展。
首当其冲的就是价格。从趋势上来看,过去数年燃料电池通过技术革新促使产品价格不断降落,2016年到现在,燃料电池价格基本在过去10年的基础上降落了60%。
假定2019年燃料电池汽车产销量超1000辆,燃料电池价格大概将在230美元/kW左右,如果说每一年产能到达10万辆车,燃料电池的价格可以下降50美元/kW。明显随着技术的进步,价格将非常接近我们的终究目标。
根据美国能源部此前的计划,依照每一年50万辆燃料电池汽车计算,2017年燃料电池系统的价格是45美元/kW,预计2025年燃料电池系统售价将达40美元/kW,而终究的市场化推行目标是30美元/kW。
这就要求我们从全部燃料电池系统各个关键的部件进行研究和开发来下降价格。比如,当空压机价格下降时,全部系统的价格可以降落3美元左右;采取非铂催化剂可以将燃料电池价格再下降5美元;双机板价格下降,也将促使全部系统价格下降3美元。
至于寿命问题,我们希望燃料电池保持最少5000小时的运营寿命。2015年到2017年间的数据显示,现阶段燃料电池车的运行寿命基本可以到达超4000小时,实验室已可达10000小时,远超寿命需求。
要解决寿命问题必须要了解影响燃料电池寿命的缘由有哪些,在过去几10年的研究里面,我们成功地揭露了燃料电池寿命衰减的基本机理。
※质子交换膜在燃料电池运行的进程里会变薄,出现针孔、撕裂现象等机械问题,化学、电化学和热稳定等因素致使的质子交换膜衰减都是影响燃料电池寿命的重要因素。
※催化剂活性下降也会影响燃料电池寿命。在燃料电池运行进程中,催化剂可能出现团圆、再沉积,致使催化剂流失,空气污染在影响催化剂活性的同时也会影响到燃料电池寿命。
※气体分散一样会对燃料电池的寿命造成影响,气体分散层的速水材料会渐渐流失,造成表面变化,进而影响燃料电池的寿命。
※双极板环节在在燃料电池运行进程中出现的腐蚀情况,也会影响燃料电池寿命。
针对这些机理,可以制定针对性的应对策略,有效增进燃料电池寿命提升并到达车用寿命要求。
质子交换膜方面,可以用增强膜增强其机械性能,延长其使用寿命;为质子交换膜加进去自由基,就能够保证膜不会降解,加强热分解也能下降自由基数量,保证质子交换膜具有足够的寿命。(燃料电池操作进程中总会产生大量自由基,这些自由基进攻膜材料,令膜材料逐渐流失、变薄,影响膜寿命。)
催化剂层面,可以用高比表面体的载体,抗反击的催化剂,和氧化的载体,使用化学过滤器,确保氢气和空气洁净不受污染,保证催化剂在全部寿命周期中活性不下降。
双极板则需要采取防腐涂层,增加寿命。
另外1个影响主要因素是氢燃料和氢设施问题。氢燃料和氢设施方面的问题主要包括制氢、氢的储运和加氢,这在国内是1个非常大的问题,需要我们花更多的精力去解决。
燃料电池用氢,那末氢从哪儿来?现阶段制氢的方法很多,目前市场上大量的氢气来源于天然气制氢,它的价格基本上可以低于2美元/kg,满足氢作为燃料的基本价格要求。
但未来的发展进程中,氢的主要来源需将逐渐过度到从太阳能、风能等可再生能源制氢的方式,可以令氢气的价格更加便宜。整体来看,当前的氢气价格仍旧较高,需要改进方法,继续强调下降制氢本钱。
“超级工厂”解决方案斟酌当前燃料电池技术和产业化方面存在的瓶颈,我们已采取了相应对策。即通过基础研究提高燃料电池的装置效力,同时开发关键材料、技术,尽快实现材料和技术国产化,下降燃料电池的价格,设计材料、电堆、系统的1体化解决方案。
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