經過十幾年的努力,我國各大高校和科研機構針對燃料電池的運行條件控制和冷啟動保護等項目進行了大量的研究和實驗,目前已經實現通過控制技術使燃料電池在適合的狀態下運行。

潘牧

當前,燃料電池處于歷史轉折期,是從技術開發向商業運作轉折的時期。得益于技術進步,燃料電池的性能、壽命、成本三大主要問題正在逐步解決,讓商業化發展成為可能。

首先,燃料電池的技術性能基本達到商業運作水平。技術性能的不斷提升取決兩個前提。一是技術路線的明晰,在研發的起步階段,出現了各種各樣的技術路線,現在多條技術路線基本統一,主流技術已經出現。如高功率的金屬板電堆、70MPa的高壓氫氣瓶,這些都將成為燃料電池汽車的標準配置。

其次,燃料電池的材料、設計以及制造技術趨于成熟。從參考到試驗,從加工到生產,我國目前已經掌握了催化劑、膜、炭紙等關鍵材料的制備工藝,并且批量生產技術趨于成熟。如我國的電解質膜已經成功出口,被應用于幾百兆瓦的整機發電設備。

從國際形勢來看,燃料電池壽命符合車輛正常使用的要求,可以達到10000小時以上。我國也正在研究通過控制程序和零部件的整合,使燃料電池發動機在整車上的壽命達到5000-10000小時。

值得一提的是,燃料電池壽命的持續提高得益于材料技術的進步。以交換膜為例,如今采用的交換膜強度較10年前有極大的提高,不止強度,催化劑性能也保持穩定,因此燃料電池的耐久性和壽命都有大幅度提高。

技術進步促進燃料電池壽命提高的例子還體現在控制技術方面。經過十幾年的努力,我國各大高校和科研機構針對燃料電池的運行條件控制和冷啟動保護等項目進行了大量的研究和實驗,目前已經實現通過控制技術使燃料電池在適合的狀態下運行。顯然,這些技術進步保證了燃料電池壽命能夠達到預期目標。

最后,燃料電池成本有望繼續降低。高成本一直是制約燃料電池商業化應用的關鍵問題之一。但是,這并不是死命題無法解決。從豐田發展燃料電池汽車的經驗來看,基本確定了兩條線路來解決這個問題。一是依托材料技術的發展,降低材料成本;二是實現批量化生產,攤薄制造成本。

在材料方面,材料技術大幅度發展使得一輛汽車的催化劑用量降至20~30克,與以往80~100克的用量相比,節省了3倍以上成本。從全球的研發成果來看,催化劑的使用量還在繼續降低,實現了材料成本降低的預想。也正是基于此,豐田能夠推出量產型燃料電池汽車。

另一方面是批量制造。當前我國的燃料電池汽車數量非常小,所以成本仍然居高不下,所以仍需要一段時間的積累和努力,建議吸收社會力量,通過批量生產使燃料電池成本降下來。

盡管燃料電池技術趨于成熟,但是實現批量生產需要考慮諸多因素。如氫氣的制備、氫氣的供應等鏈條都與國家整體的發展情況息息相關。那么,我國目前的儲備情況如何?

從氫氣的來源來看,我國是全球最大的氫氣產出國,美國、德國、日本與我國仍存在一定的差距,電解水制氫技術已經達到國際領先水平,規模達到1000立方米/時,為我國燃料電池汽車發展提供了有力的支撐。

在氫氣的供應方面,我國儲氣瓶的產量在全球也居前位,目前正在攻關70MPa的儲氫罐。另外,固體儲氫產量也有一定的儲備。

在電池性能方面,通過三個五年計劃發展,燃料電池用的各種關鍵材料和零部件,測試性能和實用性能達到了國際水平。

雖然上述準備為我國發展燃料電池汽車打下了堅實的基礎,但是在能源戰略中,尤其在整機發電能力方面,我國與國外還存在差距。目前國際上已經出現達到幾百兆瓦級的整機發電設備,以我國當前的情況來看,這是一項挑戰。

如何發展?建議從應用入手,可先解決四個方面的問題。一是電源系統,包括應急電源、備用電源等;二是動力系統,包括車用動力、船用動力等;三是氫能儲運,包括可再生能源的儲存、運輸;最后是分布式供能。

我國也在安排自己的步驟。從燃料電池、氫能儲運、氫氣制取方面入手,尤其氫氣的制取,可通過化石制氫向可再生能源制氫逐步過渡。

與此同時,太陽能和風能的資源與天然氣輸送管道匹配,可以把太陽能、風能轉化成氫氣通過管道輸送到發達地區。粗略計算,到2020年,如果將20%的風能用來制取氫氣,那么每年可生產180億立方米氫氣。

此外,燃料電池的發展需要協同創新,科技界在這方面已經做了許多先導性的工作,需要社會資本、商業模式和產業鏈企業的共同努力。

(本文根據潘牧在“燃料電池技術在中國的應用與產業化沙龍”現場發言整理,未經本人確認)

[責任編輯:趙卓然]

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