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衣宝廉:燃料电池体积、重量比功率亟待提升

来源: 澳门永利娱乐      日期:18.10.25

燃料电池体积、重量比功率亟待提升

——访中国工程院院士衣宝廉

澳门永利娱乐记者 白明琴

  “从国际范围来看,目前燃料电池汽车应用仍处于市场导入阶段。”在10月18日的“第六届中国国际节能与新能源汽车展览会”同期召开的“第五届燃料电池汽车技术产业发展高峰论坛”上,中国工程院院士衣宝廉表示,虽然燃料电池汽车整体应用性能已经达到了燃油汽车的水平——不管是续驶里程、舒适性、加氢时间、低温适应性,基本都与燃油汽车一致,但其成本还有待降低,这是其发展面临的最大限制。这就需要尽快提高燃料电池体积、重量比功率,以实现燃料电池商用车应用降成本,同时为燃料电池乘用车应用打好基础。

  中国电力报:请您介绍一下,目前燃料电池及燃料电池汽车整体发展情况如何?

  衣宝廉:燃料电池比较安全,但系统比锂电池复杂。同时,燃料电池的动态响应比较慢。对这一问题,最有效的解决办法就是采用电电混合动力——燃料电池+二次电池(超级电容器)。二次电池具有消峰填谷的作用,这样就减少了燃料电池功率的变化速度和变化的横度,一定程度弥补了燃料电池响应较慢的缺点,同时提高了燃料电池的寿命。因此,目前世界上所有的燃料电池汽车基本上都是电电混合动力型的产品。

  电电混合是我国最先研发的氢燃料电池技术路线。目前,我国基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台,掌握了燃料电池的核心技术,并经过大量的示范累积了丰富的应用经验,具备了燃料电池汽车大规模示范运行的条件,或说是产业化初期的条件。不过,整体来讲,目前我国的燃料电池技术与相比国外还是落后的。

  另外,氢燃料电池目前还没有批量生产线,我认为这主要是因为,虽然已经有很多的氢燃料电池技术路线,但还没有出现大家统一认为可以用10年的技术,燃料电池整体还在技术进步的路上。

  中国电力报:就您看来,当前怎样才能尽可能地延长燃料电池应用寿命?

  衣宝廉:目前,已有燃料电池稳定运行时长达5万小时,但应用到汽车上时,其寿命会因为车用工况儿而缩短。例如,当汽车高速加载时,会导致燃料电池系统由于供气不足出现反极、高温情况,以及电流波动、电压波动,深度波动等各种波动情况,导致燃料电池中的碳氧化,严重时膜受损、熔融,整个电池就会损坏。

  总体来讲,高电位不仅会引起燃料电池电堆寿命衰减、引起铂氧化,当高电位达到0.8伏以上时,还会导致铂流失及降低电催化剂活性。高电位还会引起碳氧化,导致电极、扩散层亲水及传质极化和电堆一致性下降。因此,想要延长燃料电池使用寿命,高电位现象应该尽量避免。

  解决高电位问题,可以采用放电的方法。当氢燃料电池汽车启动停车时,实测其阳电极能够达到1.6伏,形成一个内部回路,采用放电的办法,可以把电池里残存的氢放光,从而把高电位消除。目前,新源动力公司已经在应用该方法——实际应用情况证明,采用放电措施以后,燃料电池几乎没有衰竭。

  当阳电极水流动至氢电极时会形成水滴,水滴里没有氢,就会造成燃料电池系统局部燃料供应不足,形成局部反击,这时氧电极局部电压就可能高达1.6伏,形成氧化。所以,要解决高电位问题,还要把氢气循环起来,这样就能够将燃料电池电堆寿命提高一两千个小时。

  因此,希望国内有关燃料电池机理、衰竭原理的研究,能够与相应的发动机研究配合,把现在已经掌握的燃料电池原理都应用到相应的发动机。这样的话,我认为,乘用车用燃料电池寿命超过1万小时也是没有问题的。

  中国电力报:结合目前的市场情况,您对我国燃料电池产业未来发展有怎样的建议?

  衣宝廉:首先,尽快完善燃料电池发动机产业链,尽快实现电池关键材料如电催化剂,质子交换膜、MEA、双极板等批量生产,为降低电堆成本和提高电堆一致性奠定基础。

  例如,建立扩散层碳纸,包括膜、电极、催化剂、增强膜、MEA生产线等,研发生产空压机、氢气循环泵等。

  同时,提高燃料电池电堆的体积、重量比功率,为开发乘用车奠定基础,其实开拓燃料电池商用车市场也需要研发高体积、重量比功率的燃料电池电堆。这不仅是为了实现产品体积小的需求,更是为了降低产品成本。

  要想提高燃料电池电堆体积、重量比功率,核心是要提高电流工作密度、电极工作电流密度。目前,国内燃料电池电堆重量比功率从0.5~1安培提高到了2~3安培,已经有很大的进步;改进燃料电池电堆的一致性,包括制备零部件的一致性和组装工艺的一致性。一致性不好,单片电压提再高也没有用。

  再者,深入研发燃料电池电堆衰减机理,最好是能实现较抗噪材料的替代,以延长燃料电池发动机寿命、提高可靠性和耐久性。

  另外,开展超低铂、非铂电催化剂理论与应用研究,从而进一步将燃料电池铂用量降低到小于0.1克/每千瓦。目前,我国燃料电池的用铂量想要实现从0.3~0.4克/每千瓦降至0.1克/每千瓦,还需要做大量的工作。不过,即便这一进程拖后一点,也不会影响我国燃料电池汽车商业化初期的运行。

  最后,加快加氢站建设。目前,我国已经在加快建设加氢站,预计2020年能建成100个加氢站,我认为届时我国商用燃料电池车就能够跑起来了。

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  中国国际节能与新能源汽车展览会在京举办

  10月18日,以“开启汽车新时代”为主题的“世界智能网联汽车大会暨第六届中国国际节能与新能源汽车展览会”(简称 IEEVChina 2018)在北京国家会议中心举行,来自国内外相关主管部门、行业机构、院校、企业专家代表及投融资机构负责人等5000余人参加了此次活动,180余家国内外企业携最新产品、技术亮相。

  此次展会以展览展示、论坛会议和动态活动3大板块联动,共设5个室内展馆、10大特色展区,以及室外试乘试驾展示、自动驾驶演示等多场互动体验区,其中特别设立了“北京市智能网联汽车及相关产业展示专区”,内容涉及汽车、智能交通、新能源、人工智能等7个相关产业领域。

  展会同期召开了2018(第七届)中国互联网+新能源汽车产业发展高峰论坛等一系论坛会议,致力打造成引领未来出行方式的节能与新能源汽车、智能网联汽车领域规模最大、规格最高、智能网联化元素最丰富的国际会展平台。

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