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武漢理工大學首席教授潘牧:燃料電池商業化要翻越三座大山

膜電極2019-09-16 10:58:00 閱讀:121

“現在國內非常多的企業家都關註氫能和燃料電池產業,從環保、效率各方面這些優勢來說確實是非常好的事情,前途肯定是光明的,但道路又是曲折的。”武漢理工大學首席教授潘牧在2019中國 汽車 產業發展(泰達)國際論壇上表示。

曲折的地方在哪裏?潘牧認為,燃料電池商業化道路上有“三座大山”,即性能、壽命、成本。現在燃料電池跟純電動相比成本很高,不過經過十幾二十年來中國和全世界科學家的***同努力,已經取得了很大的進展。

貴,就壹個字

“電堆的功率密度已經達到3.1kW/L,這個指標還是比較好的,它對應膜電極性能的指標是每平方厘米5.4瓦,如果只算雙極板加上膜電極的體積,它的功率密度可以達到5.6kW/L,現在的技術已經達到非常高的水平。另外就是鉑的用量,大家覺得催化劑是最貴的,其實這個催化劑從2006年的2g/kW壹直到2020年要做到0.12g/kW,目前已經可以做到0.2g/kW。如果做到0.12g/kW就表示每輛車裝了10克鉑,也不是很貴。所以在性能上,由於我們的努力,催化劑的性能、電堆的性能、膜電極的性能幾乎可以達到產業化的水平了。”潘牧說。

據高工鋰電網報道,上海氫晨新能源 科技 有限公司經過近10年的持續研發,已開發出三代具有自主知識產權的燃料電池電堆。其103kW金屬板電堆經測試平臺測試,體積功率密度為3.3kW/L,達到行業先進水平。

談到膜電極,潘牧表示,武漢理工氫電公司於2006年成立,專門來做膜電極,現在已銷售膜電極100萬片,大部分都銷售到國外,如果裝車可以裝3000多臺車,當然沒有全部在國內裝,主要是出口國外。中國的零部件的基礎還是很好的,產業化還是很有信心可以做下去。

在成本方面,潘牧估算,100千瓦的電堆大概是兩萬多元,這是算的核心面積。還有壹個結構設計所消耗的材料,包括材料的利用率、損耗率、良品率,也就是四萬多塊錢,加上雙極板壹兩萬元,其它東西十萬元,壹個100千瓦的電堆就可以搞定,這是在理想的情況下。但十萬元光買電堆還不行,BOP(電池配套設備)再花十萬,總價格就是二十萬元,相對於發動機來說還是貴了,但作為電動 汽車 來講也不是完全不能接受的,成本離預期還有很大的距離,但是有可能完成。

“最大的問題是壽命,現在質子交換膜采用非常巧妙的結構,可以用來傳導質子,所以價格昂貴。2000年左右的時候用的是非常厚的膜,有170微米,像樹脂這麽貴,用這麽厚的膜當然很貴,現在我們全部減薄,成本就可以降低,但問題是膜薄了以後強度很差,所以又加了增強層,但是這個增強層還不夠強,假設它是30兆帕,壹個15微米的膜,壹個袋子只能承受450克的力,掛壹瓶礦泉水就斷掉了。”潘牧進壹步表示,“另外是催化劑,為了使催化劑的用量減少,這種納米材料有個天生的弱點,就是熱力學不穩定。

第二點,催化劑在電化學反應中,從低電壓到高電壓,在每壹個電壓的循環,催化劑就會變壹下,所以這些都會帶來燃料電池的壽命問題,我們對它的機理了解不深刻,解決的方法並沒有完全實現,這些都需要我們進壹步 探索 。”

潘牧指出,上述三個問題比較下來,成本排第二,壽命是最大的問題,因為所有參與研發燃料電池的單位、企業都要把精力放在這上面。它的機理是什麽?到底怎麽樣造成的?需要大量的測試數據,這些數據非常寶貴,只有分析清楚才能把燃料電池 汽車 做好。

氫,連接能源互聯網

在燃料電池的標準方面,潘牧表示,只有在前面的工作基礎上才能制定出壹些標準保證燃料電池的發展,現在國家有壹個燃料電池標準委員會,委員會的主席是衣院士。目前中國的燃料電池 汽車 已經走在在國際的前列,很多問題必須要制定標準。現在整個框架包括了基礎的標準,包括了燃料電池通用技術標準,驅動和輔助便利系統,還有微型的。

“在國際上我們對標的是IEC(國際電工委員會)/TC105(燃料電池技術),現任主席是法國人,上壹任主席是日本人。TC105與其他幾個有能源標準、交通標準,還有供氫要求標準的幾個委員會合作,才能把這個體系構建起來。TC105發布的標準比我們還少壹些,目前只發布了18項,我們國家已經有12項,已經采標。”潘牧進壹步解釋。

燃料電池 汽車 到底怎麽做?潘牧給出了自己的答案。

電動 汽車 的發展應該跟能源結構的調整是結合在壹起的,要借助能源結構的調整保證燃料電池 汽車 的發展。把電網和氣網這兩個網用什麽來連起來?用燃料電池將氫氣轉化為電,電解水再轉化成氫氣。比如荷蘭打算今後用風電來制氫,通過管網輸送到全歐洲。今後氫能的網絡是非常大的,如果這兩個網絡建立起來之後,每個 汽車 都是我們的節點。 汽車 在裏面只是壹部分。

所以這個能源網非常符合互聯網的特點,壹個是互聯的,即電網和氣網互聯,另壹個是無限節點以及雙向轉換,既可以消耗又可以生產。如果要與每壹個家庭互聯,就要互相進行生產和銷售。有意思的是本田的車就帶了變壓器,把電輸送給家庭,這代表了壹個發展方向。

所以國際能源署2015年的時候提出能源互聯網的概念,用氫氣把熱網、電網、氣網用氫連接起來,德國提出了集成能源系統,通過氫把電網和氣網全部連接起來。美國提出了H2@Scale計劃,將電和氫形成網絡,2019年美國能源部也重點支持這件事情。

燃料電池面臨的最大障礙是壽命問題,燃料電池缺乏強制性標準,特別是安全標準,燃料電池將在能源互聯網起到重要作用,電動 汽車 也是當中的壹部分。

(本文根據潘牧在2019中國 汽車 產業發展國際論壇上演講速記整理,未經本人審閱。)

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