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    【山西大同氫能高峰論壇】衣寶廉:車用燃料電池技術進展

    發布日期: 2018-12-10
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     2018年12月9日,大同舉辦了“2018“氫都”大同氫能產業發展高峰論壇”,參見此次論壇的專家級別較高,全部來自中國氫能、燃料電池標準技術委員會,企業代表均為氫能及燃料電池行業的頭部企業,大同論壇代表了中國中國氫能、燃料電池的高水平。衣寶廉院士發表了主題為《車用燃料電池技術進展》的報告,介紹了國內氫能燃料電池技術和產業化情況,指出產業化技術難點和公guan方向。以下為根據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,其區別是鋰電池的膜破就會發生燃燒爆炸,而燃料電池膜破后只要及時切斷氫氣就不會發生爆炸;2、燃料電池儲能量高可以達到1kWh/kg的輸出,目前水平是250~300kwh/h的儲能密度,遠高于鋰電池,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),這個技術方向是中國首先采用的。燃料電池技術水平高的情況下用二次電源較少,反之用二次電源較多。

    與傳統燃油車相比,燃料電池車在性能和舒適性已經基本達到燃油車水平;與鋰電池車相比,燃料電池車續航里程更長,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商業化專li開放使用推動了燃料電池車的發展。本田在2016年推出燃料電池車并準備在日本東京奧運會使用燃料電池大巴車,韓國現代也有相應車型推出?,F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、現代、中國上汽大通。2、加氫站建設成本高。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商業

    燃料電池發展到現在壽命問題已經基本解決,鉑用量上水平是0.2g/kW,國內是0.4g/kW,目標是要達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。目前實驗室內已經達到0.1g/kW以下的水平,但離大規模商業化還有一段距離。上燃料電池車已實現商業化,續航里程、使用壽命、舒適性已經達到傳統燃油車水平。在鉑用量還需要降低一倍以上,國內還要降低更多,在加氫站建設上需要擴大建設量。

    四、國內燃料電池車的發展狀況

    國內燃料電池汽車已有20多年的發展歷史,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(電池推進系統和混合系統)規劃,到現在已經有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商業化。

    世博會之后,上汽舉辦了一次創新征程活動,考察鋰電池汽車、燃料電池汽車和混合動力車能否適應中國環境,從西藏出發一路跑下來沒有問題,說明新能源汽車能很好的適應中國環境;到十三五,國家一共投入8.27億支持燃料電池車發展,其中大的兩個項目是濰柴1.77億發展燃料電池車,大連新源動力1.25億發展燃料電池電堆及其他部件。

    關于各地方燃料電池車的發展方面,在運營上,上海建立動力系統、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;在電堆和發動機生產上,有億華通(30kw和60kw)和宇通;在技術引進上,廣東國鴻引進巴拉德電堆體系。

    加氫站方面,國內宣布有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,實現了多種新能源聯合運營。

    國內已經掌握了車用燃料電池核心技術,并通過大量室外運行積累豐富經驗,具備大規模室外運營的條件,要盡快實現關鍵材料、質子交換膜、膜電極、催化劑、雙極板等批量生產,為降低電池成本和提高電堆一致性準備條件。

    五、國內外差距

    國外燃料電池發動機已達到4缸內燃機水平,本田聲稱達到6缸內燃機水平,進展較快;國內裝車電堆比功率目前是2kw/L,較國外低了1/3,導致成本較高。當務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)發展增強的帶自由基崔變的薄質子交換膜;

    (3)采用新型流場,把流場適當立體化。

    解決電堆制備過程中一致性問題:

    (1)大力發展空壓機;

    (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動機產業鏈建設,盡快實現小配件(如氣體擴散層)生產;

    2、提高電堆體積和重量比功率,為降低成本和開發乘用車燃料電池電堆打下基礎;

    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燃機汽車尾氣凈化器同級水平。

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