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創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)解決燃料電池技術(shù)發(fā)展

能源發(fā)展網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2021-11-09 00:00:00

中國(guó)工程院院士衣寶廉表示,燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化是氫能應(yīng)用的突破口

 

“2021中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達(dá))國(guó)際論壇”近日在天津市濱海新區(qū)召開(kāi),中國(guó)工程院院士衣寶廉在會(huì)上表示,燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化是氫能應(yīng)用的突破口,要堅(jiān)持自主創(chuàng)新,突破“卡脖子”技術(shù),實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料與部件的批量生產(chǎn),大幅度降低燃料電池車、加氫站建設(shè)和氫源的成本,盡快實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化。

衣寶廉認(rèn)為,在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)背景下,必須大力發(fā)展可再生能源,利用可再生能源電解水制備綠氫,既可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和可再生能源的再分配,又能實(shí)現(xiàn)難于脫碳領(lǐng)域(如交通、冶金、建筑等領(lǐng)域)的脫碳。“要實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化,必須大幅度降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本和氫氣成本,同時(shí)降低加氫站的建設(shè)費(fèi)用。”衣寶廉說(shuō)。

在降低燃料電池電堆的成本方面,衣寶廉提出四點(diǎn)要求:一是提高電堆的比功率;二是實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料、電催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板、膜電極三合一和電堆批量生產(chǎn);三是依據(jù)工況和電堆適宜的運(yùn)行條件制定控制策略,確保電池系統(tǒng)的可靠性與耐久性;四是燃料電池的PEMFC典型極化曲線,它由歐姆極化、擴(kuò)散極化、化學(xué)極化三部分反映出來(lái),降低這三個(gè)極化,才能夠大幅度提高燃料電池堆的比功率。

衣寶廉表示,以解決燃料電池批量生產(chǎn)問(wèn)題來(lái)大幅度降低燃料電池成本,使它能夠接近鋰電池電動(dòng)車成本,這樣燃料電池車就可以在重載和長(zhǎng)途運(yùn)輸車方面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

衣寶廉指出,還需要?jiǎng)?chuàng)新驅(qū)動(dòng)來(lái)解決燃料電池的技術(shù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)燃料電池乘用車和商用車的商業(yè)化。“一方面要簡(jiǎn)化電池系統(tǒng)和電堆結(jié)構(gòu),降低燃料電池發(fā)動(dòng)成本和延長(zhǎng)電堆壽命;另一方面要研發(fā)高溫膜和抗毒的陽(yáng)極電催化劑,降低氫氣成本。”

有關(guān)氫源問(wèn)題,衣寶廉重點(diǎn)介紹了SOEC電解、質(zhì)子膜電解和堿性電解三種電解水制氫方法。“我國(guó)堿水電解法是世界上售價(jià)最低的。”衣寶廉強(qiáng)調(diào),“大連化物所發(fā)展燃料電池的同時(shí)就開(kāi)始發(fā)展電解水制氫、制訂堿水電解,進(jìn)而搞了質(zhì)子交換膜電解,現(xiàn)在已經(jīng)做到300千瓦電解槽,并與陽(yáng)光電源簽訂了合作協(xié)議。”

針對(duì)長(zhǎng)距離輸氫問(wèn)題,衣寶廉建議:利用三北地區(qū)豐富的水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電,大力發(fā)展質(zhì)子交換膜電解水制氫,送入天然氣管網(wǎng)。在需要?dú)錃獾牡胤?,?dāng)氫濃度大于5%時(shí),可采用膜分離從天然氣氫混合物中提取純氫;當(dāng)氫濃度低時(shí),可抽取等熱值天然氣進(jìn)行重整制氫。在近海地區(qū)發(fā)展海上風(fēng)電,電解水制氫,利用氫氣管道輸送海港,將氫液化作為商品,也可用列管車送至附近的加氫站。此外,加氫站也可以建立電解水制氫裝置和天然氣重整制氫裝置。

關(guān)于氫安全問(wèn)題,衣寶廉主張要做廉價(jià)的、可靠的氫氣傳感器,同時(shí)不管是室內(nèi)還是室外,在氫氣可能泄漏的地方都加上氫氣傳感器和聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī),以此來(lái)確保室內(nèi)外,特別是加氫站和制氫場(chǎng)所的氫安全。

衣寶廉表示,實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料和部件的產(chǎn)業(yè)化并批量生產(chǎn),同時(shí)提高電堆的比功率就可以大幅度降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本,進(jìn)而降低燃料電池車的成本。

一要技術(shù)創(chuàng)新,簡(jiǎn)化電堆結(jié)構(gòu)和電池系統(tǒng),采用超低鉑有序化電極化大幅度降低鉑用量,將燃料電池車的成本降到鋰離子電動(dòng)車水平,并實(shí)現(xiàn)乘用車商業(yè)化。

二要大力發(fā)展可再生能源電解水制備綠氫,采用天然氣或純氫管網(wǎng)輸送氫氣,加氫站加的氫可降至每公斤30元以下,車的運(yùn)行費(fèi)用就可以和燃油車競(jìng)爭(zhēng)。

三要實(shí)現(xiàn)氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫瓶和加氫機(jī)等國(guó)產(chǎn)化和批量生產(chǎn),建油、氫、電合建站,大幅度降低加氫站的建設(shè)費(fèi)用。當(dāng)加氫站達(dá)到一定密度,再示范商業(yè)化乘用車。

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