中国商用汽车总站网
市场 • 应用 • 技术
搜索
当前位置:主页 > 氢·智会 >

武汉理工大学潘牧:燃料电池商业化——障碍、标准、未来(审定稿)

时间:  2019-09-11 10:57  来源:  汽车总站   作者:   Autumn

以“全面深化改革开放 发展壮大新动能”为主题,旨在凝聚行业集体智慧和力量,为实现汽车强国的发展大计而不懈努力的“2019中国汽车产业发展(泰达)国际论坛”8月30日至9月1日在天津召开,该论坛已连续举办十五届。

武汉理工大学首席教授潘牧在“焦点透视:燃料电池汽车研发与产业化提速”环节发表了题为“燃料电池商业化—障碍、标准、未来”的主题演讲。

内容经潘教授本人审核如下:

谢谢组委会给我一个机会和大家分享燃料电池商业化的问题。刚才重塑的林总、上汽的卢总介绍了燃料电池的产业化发展进程,是非常可喜的势头。现在国内非常多的企业家都关注氢能和燃料电池这个产业,从环保、效率各方面这些优势来说好像确实是非常好的事情,但是在做这个事情的时候,前途肯定是光明的,但是道路又是曲折的,我们必须知道,它曲折的地方在哪里,今天我想讲讲对于燃料电池商业化的一些思考。

燃料电池性能到底有什么障碍?燃料电池有三座大山,是性能、寿命、成本,衣院士讲现在燃料电池跟纯电动相比成本是很高的问题,确实是这样。但这三个问题都是我们面临的困难,不过经过十几二十年的努力,中国还有全世界的科学家共同的工作,其实取得了很大的进展。在成本上面大家可以看看,电堆的功率密度已经达到3.1千瓦每升,这个指标还是比较好的,它对应膜电极性能的指标是每平方厘米1.4瓦,如果只算双极板加上膜电极的体积,它的功率密度可以达到5.6千瓦每升,现在的技术已经做到非常高的水平。当然没做到5.6,潜力是有这么多的,完全做得到的。现在1.4瓦每升完全可以做得到的,另外就是铂的用量,大家觉得催化剂是最贵的,其实这个催化剂从2006年每千瓦2克一直到明年要做到0.12克,现在目前已经可以做到0.2克每千瓦了。如果0.125克表示每个车装了10克铂,也不是很贵,这个是可以接受的。所以这个性能上,由于我们的努力,催化剂的性能、电堆的性能、膜电极的性能几乎可以达到产业化的水平了。

这里介绍一下膜电极,是武汉理工氢电,这个公司2006年成立,专门用来做膜电极,我们的膜电极现在销售100万片,大部分销售到国外,如果装车可以装3000多台车,当然没有全部在国内装,主要是出口国外。中国的零部件的基础也还是很好的,产业化还是很有信心可以做下去。

这里讲一下成本的问题,我这里大概估计了一下,按100千瓦的电堆,质子交换膜/催化剂碳纸三大主材大概是两万多块钱,这是以活心面积计算,还需要考虑结构设计所消耗的材料,材料的利用率,材料的损耗率,以及良品率等,即使翻一倍也就是四万多块钱,加上双极板一两万块钱,加上其他东西十万块钱,一个一百千瓦的电堆就可以搞定,这是在理想的情况下。十万块钱光是电堆不行,BOP再块十万块钱就是二十块钱,相对于发动机来说还是贵了,但作为电动汽车来讲也不是完全不能接受的,成本来讲还有很大的距离,但是有可能完成。

最大的问题是寿命,现在质子交换膜是非常巧妙的结构,用了非常全氟磺酸树脂,可以用来传导质子,这个东西非常贵,所以价格昂贵。2000年左右的时候用的是非常厚的膜,有170微米,树脂这么贵,用这么厚的膜当然很贵,现在我们全部减薄,成本就可以降低,所以现在膜的价格跟117膜的价格完全不可同日而语。但问题是膜薄了以后强度很差,所以大家想办法,我们加了增强层,但是这个增强层还不够强,假设它是30兆帕,厚度15微米、1厘米宽的膜只能承受450克的力,挂一瓶矿泉水就断掉了。另外是催化剂,为了使催化剂用的越少,采用纳米催化剂。这种纳米材料有个天生的弱点,就是热力学不稳定,它天生就要长大。第二点,催化剂在电化学反应中,从低电压到高电压,在每一个电压的循环,催化剂就变了一下,所以这些问题都是带来燃料电池的寿命问题,我们对它的机理了解不深刻,解决的方法并没有完全实现,这些都需要我们进一步探索。

相比较下来,我们的障碍里面,现在成本是第二的,寿命是最大的,因此需要所有参加燃料电池研发的单位、企业都要把精力放在这上面,它的机理是什么?到底怎么原因造成的?需要大量的测试数据,这些数据非常宝贵,拿出来才能分析清楚,才能把燃料电池车做好。

我们只有在前面的工作基础上才能制定出标准保证燃料电池的发展,现在国家有一个燃料电池标准委员会。制定了标准体系框架,包括了燃料电池通用技术标准,驱动和辅助便利系统,还有微型的。

在国际上我们对标的组织就是IEC的TC105,TC105跟其他的几个标准委员会如能源、交通、还有供氢等委员会合作才能把这个体系构建起来。TC105发布的标准比我们还少一些,目前只发布了18项,我们国家已经采标12项。

燃料电池汽车到底怎么做?电动汽车的发展应该跟能源结构的调整是结合在一起的,我们要借助能源结构的调整保证燃料电池汽车的发展。在我们有电网和气网而这两个网用什么来连起来?用燃料电池将气转化为电,电解水再转化成气。比如荷兰打算今后用他们的风电来制氢,通过管网输送到全欧洲。今后氢能的网络是非常大的,如果这两个网络建立起来之后,每个汽车都是我们的节点。汽车在里面只是一部分。

所以这个能源网是非常符合互联网的特点,一个是互联的,电网和气网互联,一个是无限节点,还有双向,既可以消耗又可以生产,如果要在每一个家庭联起,就互相进行生产和销售。有意思的是本田的车就带了变压器,把电输送给家庭,就反向了,这代表了一个方向。

所以国际能源署2015年的时候提出能源互联网的概念,用氢气把热网、电网、气网用氢连接起来,德国提出了集成能源系统,最右边是电网,左边是气网,通过氢全部连接起来。美国就提出来H2@Scale的计划,将电和氢行程网络,今年美国能源部又重点支持这件事情。

我认为燃料电池面临的最大障碍是寿命问题,燃料电池缺乏强制性标准,特别是安全标准,燃料电池将在能源互联网起重要作用,电动汽车也是当中的一部分,谢谢各位!

读者留言
看不清?点击更换

中国商用汽车总站

  • www.chinaautoms.com/由北京茂胜文化传媒有限公司版权所有@2019

    京ICP备18056018号-1

    合作QQ: 305140880