鉅大LARGE | 點擊量：455次 | 2022年09月30日
車用燃料動力電池技術仍需提高
從國際上看，燃料電池目前已進入市場導入階段，發動機的功率大幅度提升，用70MPa氫氣瓶可以運行500公里以上。
燃料電池的發電原理為電化學，因此效率較高；工作方式為內燃機，燃料儲存在儲罐當中，因此安全性比鋰離子電池高。燃料電池車與電動車和插電式混合動力車相比，更適合于大功率、長距離的運輸，因此在公交車和重載車上的應用有明顯優勢。
目前，氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上已經基本達到了車輛使用的要求，國內也已經掌握了氫燃料電池的核心技術?，F在，國內加氫站有10臺左右正在運行，明年預計有100臺左右，運行最頻繁的是張家口、云浮和上海，加氫量也是最多的。中國已經掌握了燃料電池的核心技術，并經過了大量的示范運行，積累了豐富經驗，具備了進行大規模示范運行的條件。
但目前的問題是，燃料電池仍沒有大批量的生產線，成本較高，并且受到加氫站的制約。所以，從電堆、燃料電池的角度，當前的首要任務就是降低鉑用量和催化劑的成本。中國的車用燃料電池要想在國際上具有競爭力，核心問題就是提高電堆工作電流密度和比功率。
從國際上來看，燃料電池車已經達到了四缸內燃機的體積水平，本田宣布已經達到了六缸內燃機的水平，功率密度超過每立升3千瓦。我們國內裝車的電堆現在在每立升2.0千瓦左右，所以我們電堆比功率比國外還要低1/3左右。
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目前，首先要盡快實現關鍵材料、電催化劑、質子交換膜、膜電極三合一、雙極板等批量生產，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎。其次要降低鉑用量，進一步提高電堆和電池系統的可靠性和耐久性。
要想降低燃料電池發動機的成本，特別是電堆成本，首先就要研究提高單電池的比功率，降低化學極化、歐姆極化和傳質極化。而要想降低化學極化，就要研發更高效的電催化劑。中科院大連化物所研發的超小鉑銅合金催化劑，性能是現在碳鉑催化劑的3～5倍；鉑鎳納米線催化劑性能也是碳鉑催化劑的3倍多。有了高效的電催化劑，就可以提高電堆的工作電流密度，減少化學極化。同時要采用薄的增強的復合膜，降低歐姆極化。
現在，國內實驗室里單池研究已經達到了每平方厘米1安培的時候在0.7V以上，每平方厘米2安培在0.6V以上，我們正在向2.5安培進軍。以后要發展到每平方厘米2～2.5安培，這樣我們的電堆水平就可以達到豐田的水平以至于超過豐田的水平。
從電堆角度來看，流場阻力越大，電堆的一致性越好，但是供氣壓力加大，空壓機內耗也會增加。為此，我們要研究低內耗的空壓機，才能保證電堆的高功率密度輸出。另外要提高雙極板制備的一致性，特別是平整度，不管是金屬板還是石墨板，平整決定電堆一致性，是關鍵因素。
電堆都是按壓力機方式組裝起來的，主要構成是雙極板和MEA、密封件，因此還要進一步改進電堆的組裝工藝，開發嚴格定位技術。
燃料電池的壽命是電堆和系統雙方配合的結果，而不是電堆自己的努力。所以，我們也要加強電堆部分、系統部分關鍵部件的研發。
第一，盡快完善燃料電池的產業鏈，建立擴散層碳紙等關鍵材料的生產線。另外，注意力不能只集中在膜電極和雙極板上，還要發展空壓機和氫氣循環泵。
第二，要提高電堆的工作電流密度，提高電堆的體積和重量比功率，降低電堆的成本，為開發乘用車奠定基礎。
第三，要深入研發電堆的衰減機理，開發抗腐蝕、穩定的新材料，大幅度提高發動機的可靠性和耐久性?？煽啃院湍途眯杂上到y和電堆共同決定，電堆進步了，系統就可以簡化，所以電堆和系統要相互配合，通過關鍵材料的進步來簡化電池系統。
第四，要開展超低鉑和非鉑電催化劑的理論和應用研究，進一步把電池的鉑用量降低到每千瓦小于0.1克，這是國際上車用燃料電池發動機商業化的基本要求。
第五，建立關鍵部件、電堆和電池系統的測試與耐久性快速評價方法，這也是燃料電池標委會正在做的一件事情。所以，我們要盡快建立中立性的檢測機構，對推進我國燃料電池技術的進步，趕上世界水平會有重大作用。
希望燃料電池車盡快實現商業化的S型曲線的上升階段，達到一定程度后可以甩開補貼而盈利。有人預計，燃料電池車從關鍵材料來講，只要鉑用量降下來了，成本比鋰電池還要低，但這需要我們技術人員的共同努力。
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