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凯发k8国际|首页:【燃料电池产业论坛】衣宝廉:示范运行与关键技术攻关 合力促进燃料电池车商业化



中国科学院大年夜连化学物理钻研所 中国工程院院士 衣宝廉

各位引导,各位专家上午好,我本日申报题目是"示范运行与关键技巧攻关 协力匆匆进燃料电池车商业化”,申报分两部分,一部分简单先容一下燃料电池车的道理和中国的示范运行环境。第二部分讲怎么从现在的商业性示范运行过渡到商业化。

燃料电池发电道理跟锂电池一样,都是按电化学道理发电的,是以它的效率对照高,可以达到60-70%,然则燃料电池的事情要领跟锂电池不一样,它是按内燃机要领事情的,以是燃料跟电池是分开的,对照安然。电池里面出了问题只要把氢气堵截,就不会孕育发生像锂离子电池那种爆炸和燃烧凯发k8国际|首页的工作。

把燃料电池装到车上用它代替内燃机,现在一样平常模式燃料电池是一个大年夜电流低电压的发电装配,以是它先经由过程DC/DC升压,然后跟二次电池进行混杂,来驱动电机。

用氢瓶代替油箱用燃料电池发念头代替了内燃机,获得的好处是,其排出的产物是水,打消了污染。燃料电池现在国际上公认的是得当于重载车和长间隔的车,但市内交通照样锂离子占上风,中心有混杂动力的车。长间隔和重载车,燃料电池占上风。

把这三种车进行比较,燃料电池的优点照样对照多的,然则燃料电池的毛病也很凸起。燃料电池的优点是比能量高,对照安然,燃料电池加氢光阴跟燃油车差不多,给游客和驾驶员供给的舒适性也差不多。它得当于重载长间隔,然则它现在的问题便是资源高,是燃油车的两倍,是锂离子电池车的1.5 倍,运行用度也高,百公里大年夜概要70-80块钱,燃油费40块钱,柴油五六十块钱凯发k8国际|首页;锂离子最便宜,百公里大年夜概15度电,匀称10-15块钱。燃料电池的运行用度是最贵的,加氢站的扶植用度也对照高,建一个加氢站可以建一个充电站。

现在燃料电池发念头的资源,电堆资源已经达到了60%以上,由于现在空压机降下来了,燃料电池空压机这部分资源降的对照快,以是我们要降燃料电池发念头的资源,核心是降电堆的资源。我们国家燃料电池今朝的成长环境是,国家引导注重,以是燃料电池沉积了十来年,又开始兴旺起来。(燃料电池)从2001到2005年还可以,2006年今后沉积下来了,锂离子冲上去了,近来又起来了。

我们国家示范搞的照样对照多的,2007年上海比比登大年夜赛,2008年北京奥运会示范,2009年十六辆轿车到美国加州进行示范,2010年一辆大年夜巴到新加坡参加了世青赛,有196辆燃料电池车参加了上海的世博会,此中有90辆轿车,6辆大年夜巴车,以是中国的示范搞的照样对照多的。然则那个时期的示范是属于技巧性示范,便是考察燃料电池车行不可,跟现在的示范完全两回事儿。现在是经济型示范,考察燃料电池车可弗成以实现商业化。

在世博会今后上汽搞了一个立异征程,主要考察三种电动车:锂电池车、燃料电池车和混杂动力车对中国情况的适应性,效果很好,分外在西藏, 燃料电池车在西藏也能开,然则速率上不去,由于西藏氧能度太低。

中国现在商业化的车便是上汽下属大年夜通公司做的V80,轻型客车,这个客车卖30万。

这是上汽大年夜通V80用的复合双极板的电堆,辽宁新宾买了40辆,上海化工区这个车也在运行。别的上汽搞了轿车(荣威)950,用的是第四代燃料电池堆,这个车零下可以做到负30度储存和启动。

另一个大年夜事故便是2018年2月11日中国能源集团牵头成立了氢能同盟, 我们于教授是秘书长,这个氢能同盟的好处是什么?中国的大年夜型国有企业都进到氢能同盟里来了,阐明我们国家的工业中坚气力,参与了氢能和燃料电池的开拓,这对我们搞燃料电池车的人是一个大年夜的利好消息。

这是上海长三角示范区,以上海为中间的示范区,这个示范区前提是最 好的,再一个示范区便是北京亿华通,他们收购了神力今后,已经做了三代的 电堆,都是石墨板的,现在已经做到80多千瓦了,这是他们临盆的电堆。

宇通已经做第四凯发k8国际|首页代燃料电池车了,由于宇通是天下上最大年夜的大年夜巴车厂, 然则它的发念头,主要部件照样外购的。系统技巧主要用的照样亿华通的,所 以由亿华通和宇通,供给了74辆燃料电池大年夜巴车,在张家口进行了示范,示范 的成果异常成功,阐明燃料电池车异常得当低温运行,没有锂离子电池车冬天 容量就下降了,启动也对照艰苦(的征象)。燃料电池的启动和容量都不下 降,以是冬天燃料电池的上风更显着,现在张家口又买了一百辆。

第三个重点区域便是广州国鸿,广州投资了 14个亿在广州建电动车测试 中间,顿时建燃料电池一共14个亿,以是广东照样很厉害的。国鸿石墨板技巧 从30千瓦到80千瓦燃料电池电堆和发念头。这是他们轻型客车用的,这是大年夜巴 车用的,这是85千瓦的。

他们同时搞了一个轻轨车,城市轻轨车,近来已经示范运行了,现在燃 料电池车示范运行对照多的,都是对加氢站依附度对照低的。乘用车、私人轿 车我看还得十年今后,在一个城市里面还行,一岀了城没有加氢站那你怎么 办?万主席在长春科协年会上说了,氢燃料电池在寿命,靠得住性,应用机能上 基础达到车辆应用要求,中国初步掌握了相关核心技巧,基础建立了具有自立 常识产权的燃料电池汽车动力系统技巧平台。未来要加强协同立异,加快推进 氢能燃料电池财产周全成长。

下面就讲一讲联合攻关这部分,国际上燃料电池车,我上面写的达到4缸 内燃机水平,2018年能源集团在海口组织的会议,本田说他们已经达到6缸内 燃机水平,现在国际上的电堆,体积比功率大年夜于3千瓦,重量比功率大年夜于2千 瓦。海内现在跑过5000小时和一万小时的电堆,大年夜概比功率都在2千瓦阁下。

海内现在真正商业化的电堆今朝还都是2.0阁下,比国际3.0低一点,现 在装车在跑的都达到3.0技巧版,然则还没有一家跑过5000小时,还没看到有 —家发布,它的金属板电堆已经跑了自己申报可以说5000小时,然则你装车跑 没跑出5000小时,没有人报道。

国家补贴,一个给了二汽,一个给了上汽,上汽的电堆是新源动力的, 二汽电堆是国鸿的,以是说今朝国家给予补贴两个燃料电池都是2.0以下的,我 们3.0还没有一家拿到补贴。以是我们要前进电池的比功率,就要低落三种极 化,一个把电压提的更高这是化学极化,一个把它变的更平,这是欧姆极化, 再一个大年夜幅下降越晚下降越慢这是能差极化。

以是就要做高效的催化剂,现在都是核金催化剂,这是化物所做钳铜合 金催化剂,大年夜概活机能够前进3倍,为什么用铜呢?由于铜析出来今后顿时就沉 积在电极里面的碳上了,既不会影响膜电导,水也不会流到外貌来,以是最好 用这种很轻易被氢还原的金属做合金催化剂。

这是增强薄膜,增强便是用过滤用的PTFE拉伸网,悴灭自由基用过渡金 属氧化物,加入过渡金属氧化物今后,氟离子开释率大年夜幅度下降,膜就稳定 了,这是Gore采纳这类技巧做出来的膜,现在新源动力有一种,他们叫临盆 线,我跟他们说不是临盆线,由于中心没有检测。以是说有一个这种膜的临盆 可以装几个电堆,然则要想做到真是临盆线,中心的检测步骤要上去。

要低落能差极化便是改变流场,这是最主要的,丰田便是从二维流场变 成了三维流场,所谓三维流场跟化工傍边蒸馅加个挡板一样,增添了喘流,氧 的向反映点通报不仅有扩散传质,还有对传布质,事理很简单,然则做起来还 是挺繁杂的。

把电池机能提升今后就要前进电堆,电堆里面主如果同等性问题,同等 性现在前进的规律是流场阻力大年夜,电堆同等性好,但供气压力要加大年夜,空压机 内耗增添。前进双极板制备同等性,分外是平整度。改进MEA制备的同等性, 分外是电极平整度和密封边的布局与厚度。优化密封布局和节制公用孔道膜的 溶胀。这是化物所做的金属双极板,冲压和激光焊,这些都没有问题了。0.1毫 米的316不锈钢,中国的金属板能不能达到一万小时、两万小时?

问题是外面改性层每平方厘米大年夜概有4-5个纳米孔,这4-5个纳米孔很容 易孕育发生腐蚀,以是必然要打消4-5个纳米孔。丰田不用不锈钢,用钛,由于钛不 怕纳米孔,我们用不锈钢怕,以是我们要用不锈钢必然要祛除纳米孔或者是加 上钛涂层。这样把不锈钢板变成一个钛板。

MEA制备分了三代,现在第三代还没有商业化,现在商业化的是第二 代,然则第二代现在实验室做的都是电喷涂。装电堆要有一组装工艺,它是按 压力机要领组装的,这是在碱性燃料电池傍边我提出来一个公式,经由过程这个公 式我有了单元电吃部件的尺寸,我就能知道370节电堆高度,这个电堆装成以 后应该是多高。这是按这个思路我们做的金属板电堆,正在装车示范运行,现 在状况还不错,这是大年夜连新源动力装的金属板电堆,输岀功率是75千瓦,峰值 是85千瓦,他们筹备把它开到100千瓦以上。

在这一部分我们建议组织整车厂牵头的包括电堆关键材料,电堆与关键 部件的攻关同盟,协同攻关,大年夜幅度低落电池系统的资源。

比如说海内说做成催化剂是天下一流的,真正装燃料电池堆照样要买日 本和英国的。以是我们必然要在把企业和钻研的联合起来,做出来今后在企业 傍边进行试验,这样搞临盆线也有销路。别的前进电堆的体积和重量比功率, 为开拓乘用车奠定根基。我们前进电堆的比功率是低落燃料电池堆资源的最有 效的措施。别的我们要钻研衰减机理,开拓抗腐蚀,稳定的新材料,大年夜幅度提 高发念头的靠得住性与历久性。再一个我们要钻研非钳电催化剂,进一步将电池 的粕用量低落到每千瓦小于0.1克。

第二个低落氢气资源凯发k8国际|首页。氢的性子,有人说它能量密度高,是汽油的三 倍,它的体积能量异常低,氢是最轻的,以是搞氢做燃料最难点在储运。它很 轻,你要把它储存和运输是很艰苦的,别的氢很活泼。然则氢有凯发k8国际|首页两个优点,扩 散系数高,氢传感器灵敏,汽油的传感器,天然气传感器都很艰苦,可是氢的 传感器均是5-6个探头装成一个传感器,坏掉落一个没有事,等剩两个的时刻就要 替换,包管氢传感器的靠得住性,这样就能做到氢的安然。

以是氢有优点也有毛病,它的毛病是体积比能量密度太低了,它的毛病 对照活泼,优点扩散系数高,轻易丈量。氢可以用电解水法来制备,主如果弃 风,弃光,也可以核电。最便宜是化石燃料煤制氢和天然气氢,然则这个时刻 要排放二氧化碳。

以是说我们要把可再生能源的电价降到2-3毛,用可再生能源制氢就跟煤 制氢一样,那么怎么做到这一点呢?用弃风,弃光,弃水,建离网的风力发电 厂。现在电解水有三种,我们有三四个碱水电解槽制备厂,现在示范的是纯水 电解,高温蒸汽电解。

低落氢的资源便是改进电解布局,把电耗从现在5千瓦降到4千瓦,别的 要成长固体氧化物水蒸气电解的电解槽。别的我们建离网风电厂,用离网的风 电零丁来电解水制氢,氧气可以用于煤的气化。关于净化这一部分,分外是副 产氢,我们盼望不是动不动就用变压吸附,我们应该根据燃料电池的毒物来定 点打消。别的我们应该研发高分子有机化合物,它能够加脱氢,运输和储存就 是用这种氢,这样的话就把运输汽油和柴油的设备都用到运氢上,储氧量要大年夜 于6%,再一个便是增气压要达到十的负六次方阁下,这样有利于净化,别的我 们要搞液化氢示范运行。

着末一个建立加氢站的资源,这是我们上海安亭加氢站,这个当时用的 主如果焦化厂的副产氢。这是新源动力跟同济联合建的,这个加氢站有个好 处,可以做可再生能源各类氢气发生的联合实验。

从加氢站加氢的资源看,加氢站资源组成中,一个压缩机一个储氢的东 西,还有一个加氢头,这三部分对照高,以是这一部分我们盼望建氢油混杂加 氢站,这样地皮费削减很多。第二个海内正在成长的氢气压缩机,氧气压缩机 的资源,隔膜压缩机的资源降下来,把这个资源降下来今后加氢站的资源就降 下来了,这是一个大年夜头。别的我们要做自己的加氢头,资源也下来了。

别的,假如我们采纳有机高分子化合物这种加脱氢储氢,我们要建油气 混杂加氢站,我们就可以用本来储存汽油和柴油的设备来储存氢气,用的时刻 就把它拿出来脱氢。以是说我们应该在这方面进行冲破,冲破今后就把现在加 油的一些设备都用上。感谢大年夜家。

(本文来自2019举世燃料电池汽车财产论坛,根据现场速录收拾而成,如有讹夺,敬请见告。)

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