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    日本氫能和燃料電池技術開發戰略

    發布日期: 2020-01-14
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    9月18日,日本政府出臺了《氫能與燃料電池技術開發戰略》,確定了燃料電池、氫能供應鏈、電解水產氫3大技術領域10個重點研發項目的優先研發事項。從2017年12月,日本制定《氫能基本戰略》從戰略層面設定了氫能的中長期發展目標;到2019年3月,日本更新《氫能與燃料電池戰略路線圖》提出到2030年的技術性能、成本目標;再到此次出臺的技術開發戰略,日本從戰略到戰術再到具體項目執行層面穩步推進氫能和燃料電池的技術發展與應用。技術開發戰略具體內容如下:

    一、燃料電池技術領域
    1、車用燃料電池
    開發低鉑含量催化劑,非鉑催化劑;高質子導電性、低氣體滲透性和高耐久性的電解質膜開發;開發低電阻率、高孔隙率的氣體擴散層,提高氣體擴散性;低成本、高耐久性隔膜開發;開發能夠在低溫環境中保持性能的催化劑、載體、電解質膜等;開發能夠在環境下運行的燃料電池及其組件。
    2、固定式燃料電池
    開發發電效率超過65%的燃料電池堆和系統;提高電池堆的耐久時間(13萬小時以上)和縮短啟動時間;提高電池系統燃料的利用率;開發適應多樣化燃料(如沼氣)的電池堆;燃料電池構成部件連續制造工藝的技術開發;燃料電池能源管理系統的開發;燃料電池系統加速老化試驗和模型的建立。
    3、輔助設備(如儲氫罐)
    減少移動式氫氣存儲罐中碳纖維的使用數量,提高容器制造工藝效率;與燃料電池系統有關的輔助設備的系統優化和低成本開發技術;除汽車以外的燃料電池應用技術開發。
    二、氫能供應鏈技術領域
    1、大規模制氫
    提升利用褐煤氣化產氫效率,以降低成本;水電解產氫裝置的放大技術。
    2、氫氣存儲運輸技術
    提高氫液化的效率;低溫氫氣壓縮機的開發;用于氫能發電的氫冷升壓泵的開發;裝載臂的大型化、低成本技術開發;開發與氫氣海上輸送及陸地存儲適應的絕熱系統;在低溫情況下的材料開發及評價技術;提高氫化/脫氫催化劑性能并降低甲苯含量;利用廢熱實現低成本、低碳化的制氫工藝。
    3、氫能發電
    開發與環境性(低氮氧化物)和氫燃燒特性相對應的、實現高效率發電的燃燒器;利用來自發電設施的廢熱,提高從諸如氨之類的氫載體進行脫氫反應的效率并降低成本。
    4、加氫站
    通過遠程監控對加氫站運行進行無人化管理;獲取通用金屬材料的儲氫特性數據;開發延長蓄壓器壽命和新的檢查方法;進一步提高軟管和密封材料的耐用性;開發新的填充協議(緩和氫供給溫度等);基于通用數據的分析結果,將加氫站各設備的規格和控制方法標準化;高效率、低成本壓縮機研究;液態氫氣壓縮泵的開發;容量大且重量輕的容器開發;容量大、耐久度強的儲氫材料開發和生產技術的確立。
    三、電解水產氫技術領域
    1、電解水產氫技術
    (1)質子交換膜電解水裝置。提高電流密度(A/cm2);降低能源消耗量(kWh/Nm3);降低設備成本(日元/kW);降低維護成本(日元/(Nm3/h)/年);降低劣化率(%/1000小時);降低催化劑的金屬使用量(mg/W);提高負荷變動時的電極耐久性(固體氧化物電解單元)。
    (2)堿性固體陰離子交換膜電解水裝置。闡明電解質材料和催化劑材料劣化機理并提高耐久性;提高電池堆效率和耐久性。
    (3)固體氧化物燃料電池。提高單元電池堆棧的耐久性;低成本電池堆棧開發技術。
    (4)通用的水電解技術。水電解反應分析及性能評價等基礎技術的開發;包括水電解裝置在內的系統優化;提高甲烷化裝置的效率,降低成本和提高耐用性。
    2、產業應用
    對無二氧化碳排放的氫氣燃料作為替代能源的經濟合理性開展探討;探索煉鋼過程中氫利用潛力;挖掘在現有管道中注入和利用氫氣的潛力。
    3、新型光解水產氫技術開發
    高效率的水電解;人工光合作用、用于提升氫氣純化精度的高性能氫氣分離滲透膜研發;創 新的高效率氫液化機開發;長壽命液氫存儲材料開發;低成本高效的創新能源載體開發;小型、高效率、高可靠性、低成本燃料電池的革新技術開發;利用氫和二氧化碳合成化學品方法開發。

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