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【山西大同氢能高峰论坛】衣宝廉:车用燃料电池技术进展

发布日期: 2018-12-10
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 2018年12月9日,大同举办了“2018“氢都”大同氢能产业发展高峰论坛”,参见此次论坛的专家级别较高,全部来自中国氢能、燃料电池标准技术委员会,企业代表均为氢能及燃料电池行业的头部企业,大同论坛代表了中国中国氢能、燃料电池的最高水平。衣宝廉院士发表了主题为《车用燃料电池技术进展》的报告,介绍了国内氢能燃料电池技术和产业化情况,指出产业化技术难点和公guan方向。以下为根据会场录音整理的报告要点。

一、燃料电池车的性能和舒适性媲美燃油车

燃料电池原理与锂电池相比具有三个特点:1、安全性高,燃料电池与锂电池在原理上的不同,锂电池把氧化剂和还原剂封装在一起,燃料电池把氧化剂与还原剂分开,其区别是锂电池的膜破就会发生燃烧爆炸,而燃料电池膜破后只要及时切断氢气就不会发生爆炸;2、燃料电池储能量高可以达到1kWh/kg的输出,目前水平是250~300kwh/h的储能密度,远高于锂电池,适合重卡、运输;3、燃料电池一般与二次电源或超级电容混合(即电电混合模式),这个技术方向是中国首先采用的。燃料电池技术水平高的情况下用二次电源较少,反之用二次电源较多。

与传统燃油车相比,燃料电池车在性能和舒适性已经基本达到燃油车水平;与锂电池车相比,燃料电池车续航里程更长,更安全。

二、成本是燃料电池车的两大问题

1、燃料电池车成本高。燃料电池成本是燃油车的4倍,是锂电池汽车的2倍,几乎全部依靠政府补贴才可能有销量。目前燃料电池运行情况是国内有2000多辆燃料电池车在运行,在国际上2014年12月丰田宣布Mirai商业化专li开放使用推动了燃料电池车的发展。本田在2016年推出燃料电池车并准备在日本东京奥运会使用燃料电池大巴车,韩国现代也有相应车型推出。现在世界上可以购买的燃料电池汽车有四家分别是:丰田、本田、现代、中国上汽大通。2、加氢站建设成本高。加氢站造价约1000多万元,是加油站的10倍。

三、国际上燃料电池车已实现商业

燃料电池发展到现在寿命问题已经基本解决,铂用量上国际水平是0.2g/kW,国内是0.4g/kW,目标是要达到燃油车尾气处理用量水平,即将铂用量降到0.1g/kW以下,这需要全世界燃料电池科研人员共同努力。目前实验室内已经达到0.1g/kW以下的水平,但离大规模商业化还有一段距离。国际上燃料电池车已实现商业化,续航里程、使用寿命、舒适性已经达到传统燃油车水平在铂用量还需要降低一倍以上,国内还要降低更多,在加氢站建设上需要扩大建设量

四、国内燃料电池车的发展状况

国内燃料电池汽车已有20多年的发展历史,万钢副主席提出三纵(锂电池车、燃料电池车、混合动力车)三横(电池推进系统和混合系统)规划,到现在已经有20多年。十一五期间燃料电池在专家课题中排第一位,到十二五下降到第二位(第一位是锂电池),十三五燃料电池与锂电池持平,预计十四五燃料电池的投资将超过锂电池,因为目前锂电池车已经商业化。

世博会之后,上汽举办了一次创新征程活动,考察锂电池汽车、燃料电池汽车和混合动力车能否适应中国环境,从西藏出发一路跑下来没有问题,说明新能源汽车能很好的适应中国环境;到十三五,国家一共投入8.27亿支持燃料电池车发展,其中最大的两个项目是潍柴1.77亿发展燃料电池车,大连新源动力1.25亿发展燃料电池电堆及其他部件。

关于各地方燃料电池车的发展方面,在运营上,上海建立动力系统、氢能、燃料电池车运营三大平台,有上百辆燃料电池车开始室外运营,公开出售上汽大通V80燃料电池车;在电堆和发动机生产上,有亿华通(30kw和60kw)和宇通;在技术引进上,广东国鸿引进巴拉德电堆体系。

加氢站方面,国内宣布有40多座加氢站,但真正使用的不到10座,其中大连新源动力的加氢站功能比较齐全,实现了多种新能源联合运营。

国内已经掌握了车用燃料电池核心技术,并通过大量室外运行积累丰富经验,具备大规模室外运营的条件,要尽快实现关键材料、质子交换膜、膜电极、催化剂、双极板等批量生产,为降低电池成本和提高电堆一致性准备条件。

五、国内外差距

国外燃料电池发动机已达到4缸内燃机水平,本田声称达到6缸内燃机水平,进展较快;国内装车电堆比功率目前是2kw/L,较国外低了1/3,导致成本较高。当务之急是提高燃料电池电堆比功率,以降低成本。如何提高电堆比功率?

要提高单电池比功率:

(1)发展高活性催化剂,小粒子、纳米级、各种形状的催化剂,活性提高3~4倍;

(2)发展增强的带自由基崔变的薄质子交换膜;

(3)采用新型流场,把流场适当立体化。

解决电堆制备过程中一致性问题:

(1)大力发展空压机;

(2)提高双极板制备一致性;

(3)改进电堆的组装工艺。

六、需要解决四个问题

1、尽快完善燃料电池发动机产业链建设,尽快实现小配件(如气体扩散层)生产;

2、提高电堆体积和重量比功率,为降低成本和开发乘用车燃料电池电堆打下基础;

3、深入研究电堆衰减性能,使用新材料,提高电堆可靠性和耐久性;

4、催化剂铂用量降到内燃机汽车尾气净化器同级水平。

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