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國(guó)家電投氫燃料動(dòng)力電池電堆技術(shù)獲階段性成果

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:748次  |  2021年10月14日  

日前,在國(guó)家電投科學(xué)技術(shù)研究院舉辦的氫能技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用高峰論壇上,國(guó)家電投氫能科技發(fā)展公司首席技術(shù)官柴茂榮表示,國(guó)家電投100千瓦氫燃料反應(yīng)堆將于今年年底完成整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試。


今年七月,國(guó)家電投氫能公司100千瓦功率金屬雙極板燃料動(dòng)力鋰電池電堆宣告研制成功。而這有關(guān)國(guó)家電投氫能公司“實(shí)現(xiàn)燃料動(dòng)力鋰電池的全產(chǎn)業(yè)鏈自主化”目標(biāo)來(lái)說(shuō),僅僅是個(gè)開(kāi)始。


攻關(guān)核心技術(shù)


據(jù)了解,燃料動(dòng)力鋰電池項(xiàng)目的設(shè)計(jì)研發(fā)分為膜電極、雙極板、電堆封裝以及BOP系統(tǒng)(包含系統(tǒng)控制、氫泵、其它附屬設(shè)備等)四大部分。其中,膜電極作為燃料動(dòng)力鋰電池實(shí)現(xiàn)功能的核心,成為國(guó)家電投氫能公司攻堅(jiān)重點(diǎn)。


“國(guó)外公司生產(chǎn)的性能最為優(yōu)秀的催化劑我們買不到,市場(chǎng)上的催化劑又難以達(dá)到我們的要求。”柴茂榮表示,國(guó)家電投目前已成功研制出耐腐蝕、易擔(dān)載的碳基催化劑載體,以及具有高質(zhì)量活性、低鉑載量的多元合金催化劑。“最終的催化劑產(chǎn)品的質(zhì)量活性優(yōu)于目前市場(chǎng)上的催化劑,通過(guò)1.0-1.5V十萬(wàn)次的耐久性測(cè)試,其衰減特性值仍大于80%,耐久性能較目前的商業(yè)催化劑具有顯著優(yōu)勢(shì)。”

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

來(lái)到展廳內(nèi),記者注意到一張張透明的薄膜。讓記者想不到的是,這薄薄的一層膜,全球只有兩三家公司可以生產(chǎn)。


“普通的質(zhì)子交換膜并不難做,但燃料動(dòng)力鋰電池所需的膜必須要耐高溫,可以在100攝氏度的條件下正常工作。而絕大多數(shù)的膜在80攝氏度就開(kāi)始軟化,失去功能。”柴茂榮介紹稱,國(guó)家電投與武漢理工大學(xué)合作,研制成功了高電導(dǎo)率、高耐久性、低溶脹的質(zhì)子交換膜,并完成了量產(chǎn)工藝、設(shè)備及產(chǎn)線的開(kāi)發(fā)。“目前該技術(shù)正在進(jìn)行細(xì)節(jié)參數(shù)實(shí)驗(yàn)和論證。預(yù)計(jì)到2021年可以形成標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。”


打造自主化產(chǎn)業(yè)鏈


百千瓦燃料動(dòng)力鋰電池電堆及燃料動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)產(chǎn)品項(xiàng)目的完成分為三個(gè)層次:從原料到產(chǎn)品的全部關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自主化,以細(xì)節(jié)為根本、以系統(tǒng)為表征實(shí)現(xiàn)性能提升,以及通過(guò)推動(dòng)技術(shù)升級(jí)與規(guī)模效應(yīng)實(shí)現(xiàn)成本的大幅降低。


在柴茂榮看來(lái),氫燃料動(dòng)力鋰電池要想實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,這三個(gè)關(guān)鍵要素缺一不可。“相比鋰離子電池汽車,氫燃料動(dòng)力鋰電池車的成本要高很多,假如再走依靠高比例補(bǔ)貼的老路,國(guó)家財(cái)政是無(wú)力支撐的。”他表示,目前國(guó)外燃料動(dòng)力鋰電池電堆通過(guò)規(guī)模化,可以將每千瓦造價(jià)降至1000元人民幣以內(nèi),而國(guó)內(nèi)仍處在7000元左右。“想降低成本,必然要提高自主化水平、減少進(jìn)口依賴,同時(shí)用高性能爭(zhēng)取市場(chǎng)。”

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標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

“舉個(gè)例子,一塊看似不起眼的雙極板,原先我們都不具備自主制造的能力。我曾經(jīng)找到掌握該技術(shù)的國(guó)外公司,對(duì)方連一個(gè)樣品都不愿供應(yīng)給我們。”回憶起研制之初的艱辛,柴茂榮頗有感觸。


既要滿足接觸電阻、基材溶出率等指標(biāo)要求,又要克服鈦材料不能承壓的特性,柴茂榮和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)鈦材料進(jìn)行改進(jìn),冶煉材料,制作產(chǎn)品,再做測(cè)試,沒(méi)有成功就重新再煉材料。“看似不起眼的雙極板,花費(fèi)的時(shí)間精力僅次于對(duì)催化劑技術(shù)的攻克。”目前,這種由國(guó)家電投自研的鈦極板已完成設(shè)計(jì)形成專利,并實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。


整個(gè)燃料動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的自主化涉及多個(gè)領(lǐng)域,為實(shí)現(xiàn)自主化目標(biāo),國(guó)家電投通過(guò)發(fā)揮其大型能源央企的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì),組建了氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。“聯(lián)盟中有許多材料、設(shè)備廠商,我們聚焦于產(chǎn)業(yè)發(fā)展,更加側(cè)重產(chǎn)業(yè)技術(shù)、生產(chǎn)等方面,以此進(jìn)行資源整合,打造產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺(tái)。”


明確發(fā)展方向


柴茂榮在講話中表示,由于起步較晚,我國(guó)燃料動(dòng)力鋰電池電堆水平與先進(jìn)國(guó)家相比較為落后,無(wú)論是單堆功率、功率密度還是使用壽命等方面,均存在一定差距。”燃料動(dòng)力鋰電池單堆功率達(dá)到100千瓦并非是單純的數(shù)量疊加。單堆功率提高意味著功率密度提高,對(duì)元件散熱等工藝都提出了更高要求。”


柴茂榮強(qiáng)調(diào),為滿足大型車輛、商用車的需求,未來(lái)燃料動(dòng)力鋰電池必將朝大功率的方向發(fā)展。“3升6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的功率約為200千瓦,大型機(jī)車甚至可以達(dá)到1000千瓦。而國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力鋰電池電堆單堆功率最高僅為60千瓦,為達(dá)到功率要的電堆數(shù)量過(guò)多,控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效控制,因此,大功率電池的開(kāi)發(fā)十分必要。”


據(jù)了解,國(guó)家電投百千萬(wàn)燃料動(dòng)力鋰電池電堆項(xiàng)目將在今年內(nèi)完成中試,并進(jìn)行相關(guān)工藝放大驗(yàn)證及固化。“在此基礎(chǔ)上,預(yù)計(jì)2020年5、六月份,就可以到車企進(jìn)行相關(guān)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)。”柴茂榮說(shuō)。


此外,根據(jù)國(guó)家電投氫能公司發(fā)展規(guī)劃,到2020年,國(guó)家電投氫燃料動(dòng)力鋰電池關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),并建成國(guó)家能源氫能研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心,初步建成氫能檢測(cè)鑒定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái);2025年將形成系列化電池產(chǎn)品及穩(wěn)定的系統(tǒng)配套能力和原材料供應(yīng)體系,驗(yàn)證平臺(tái)發(fā)揮行業(yè)支撐用途。



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