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院士衣宝廉:对我国燃料电池发展的思考与几点建议

2016-03-30 00:03
小鱼时代
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  燃料电池的发电原理跟锂电池类似,都是基于电化学原理,而工作方式却是按内燃机工作方式发电,需要构成一个燃料电池发电系统,这个系统除了燃料电池模块外,还要包括反应气(氢气、空气)供给、水热管理、电控等子系统。

  推进燃料电池商业化

  从过去到现在,全球燃料电池汽车走了几个阶段。第一阶段,设想的很乐观,但燃料电池应用于汽车上之后,受汽车工况影响,性能衰减很快。第二阶段,主要解决燃料电池的可靠性、耐久性问题。因为工况比较复杂,这一阶段经历了七八年时间,基本上解决了这些问题,燃料电池寿命也达到了要求。现在进入了第三阶段,主要是进一步降低成本和铂(Pt)用量,同时加快加氢站的建设,实现燃料电池汽车的商业化。

  燃料电池汽车的门槛比较高,为了攻克燃料电池产业化的问题,国际上形成了三大联盟,共同解决这些技术问题。2015年丰田的“未来”燃料电池汽车已经宣布实现了商业化,订货已经接近1500辆。同时,丰田为了促进燃料电池汽车在全世界尽快商业化,宣布两个重大措施,一个是专利公开,再一个是产品关键材料和部件可以向世界其他厂家出售。特别是后一件事情,对其他国家燃料电池尽快实现商业化的作用很大。

  从国际上来看,燃料电池汽车现在进入一个商业化的导入期。燃料电池汽车的主要技术问题已经基本解决,限制燃料电池汽车大规模商业化的还有两件事情,一个是加氢站的建设,另一个是进一步提高燃料电池的可靠性和耐久性。

  同时降低铂用量也是关键突破点。使铂的用量能跟汽车尾气净化器的贵金属用量差不多,这样才能实现全面商业化。降低成本的重点是生产线的建立,现在燃料电池汽车还不能像燃油车那样一分钟一辆在生产线上进行生产,所以生产线(包括整车和各个关键零部件的生产线)的建立还是很艰巨的一个任务。

  燃料电池技术取得进展

  我国从“九五”期间就做了准备工作,现在已经发展到“十三五”,这期间我国自主研发的燃料电池汽车参加了北京奥运会、新加坡世青赛、美国加州示范和上海世博会等,200多辆车参加了示范运营,效果明显,完成了国家任务。

  在奥运会、世博会之后技术进一步取得进展,Pt@Pd核壳催化剂已用于燃料电池发动机,铂用量得到进一步降低。在膜材料方面,为了提高稳定性,制备了PTFE增强的复合膜,并加入了自由基淬灭剂,延长了膜的寿命。

  同时,我国正在研究有序化的电极,利用阵列二氧化钛纳米棒或纳米管为担体的有序化电极,铂用量得到进一步很低,但是性能还不能满足汽车的要求,这方面还需要进一步努力。

  在系统方面,我国采用混合动力、电-电混合的路线,减少了燃料电池受车用工况的冲击,延长了燃料电池的寿命。此外也进行了空压机的研究,但是现在空压机的可靠性和耐久性还有待进一步改进。在高压储氢瓶方面,35MPa的氢瓶已用于装车,70MPa的储氢瓶正在研制过程中。大连化物所研制的下一代燃料电池发动机系统已经达到300W/kg的技术水平。

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