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國家電投氫燃料電池電堆技術獲階段性成果

來源:好文共賞 2019-08-28 12:06中投投資咨詢網 A-A+

   日前,在國家電投科學技術研究院舉辦的氫能技術創新與應用高峰論壇上,國家電氫能科技發展公司首席技術官柴茂榮表示,國家電投100千瓦氫燃料反應堆將于今年年底完成整個系統穩定性測試。

  今年7月,國家電投氫能公司100千瓦功率金屬雙極板燃料電池電堆宣告研制成功。而這對于國家電投氫能公司“實現燃料電池的全產業鏈自主化”目標來說,僅僅是個開始。

  攻關核心技術

  據了解,燃料電池項目的設計研發分為膜電極、雙極板、電堆封裝以及BOP系統(包含系統控制、氫泵、其它附屬設備等)四大部分。其中,膜電極作為燃料電池實現功能的核心,成為國家電投氫能公司攻堅重點。

  “國外企業生產的性能最為優秀的催化劑我們買不到,市場上的催化劑又難以達到我們的要求。”柴茂榮表示,國家電投目前已成功研制出耐腐蝕、易擔載的碳基催化劑載體,以及具有高質量活性、低鉑載量的多元合金催化劑。“最終的催化劑產品的質量活性優于目前市場上的催化劑,通過1.0-1.5V十萬次的耐久性測試,其衰減特性值仍大于80%,耐久性能較目前的商業催化劑具有顯著優勢。”

  來到展廳內,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,全球只有兩三家企業可以生產。

  “普通的質子交換膜并不難做,但燃料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。而絕大多數的膜在80攝氏度就開始軟化,失去功能。”柴茂榮介紹稱,國家電投與武漢理工大學合作,研制成功了高電導率、高耐久性、低溶脹的質子交換膜,并完成了量產工藝、設備及產線的開發。“目前該技術正在進行細節參數實驗和論證。預計到2021年可以形成標準化的產品。”

  打造自主化產業鏈

  百千瓦燃料電池電堆及燃料電池系統產品項目的完成分為三個層次:從原料到產品的全部關鍵環節實現自主化,以細節為根本、以系統為表征實現性能提升,以及通過推動技術升級與規模效應實現成本的大幅降低。

  在柴茂榮看來,氫燃料電池要想實現商業化,這三個關鍵要素缺一不可。“相比鋰電池汽車,氫燃料電池車的成本要高很多,如果再走依靠高比例補貼的老路,國家財政是無力支撐的。”他表示,目前國外燃料電池電堆通過規模化,可以將每千瓦造價降至1000元人民幣以內,而國內仍處在7000元左右。“想降低成本,必然需要提高自主化水平、減少進口依賴,同時用高性能爭取市場。”

  “舉個例子,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。我曾經找到掌握該技術的國外公司,對方連一個樣品都不愿提供給我們。”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、基材溶出率等指標要求,又要克服鈦材料不能承壓的特性,柴茂榮和他的團隊對鈦材料進行改進,冶煉材料,制作產品,再做測試,沒有成功就重新再煉材料。“看似不起眼的雙極板,花費的時間精力僅次于對催化劑技術的攻克。”目前,這種由國家電投自研的鈦極板已完成設計形成專利,并實現了小批量生產。

  整個燃料電池產業鏈的自主化涉及多個領域,為實現自主化目標,國家電投通過發揮其大型能源央企的戰略優勢,組建了氫能產業聯盟。“聯盟中有許多材料、設備廠商,我們聚焦于產業發展,更加側重產業技術、生產等方面,以此進行資源整合,打造產業發展平臺。”

  明確發展方向

  柴茂榮在講話中表示,由于起步較晚,我國燃料電池電堆水平與先進國家相比較為落后,無論是單堆功率、功率密度還是使用壽命等方面,均存在一定差距。“燃料電池單堆功率達到100千瓦并非是單純的數量疊加。單堆功率提高意味著功率密度提高,對元件散熱等工藝都提出了更高要求。”

  柴茂榮強調,為滿足大型車輛、商用車的需求,未來燃料電池必將朝大功率的方向發展。“3升6缸發動機的功率約為200千瓦,大型機車甚至可以達到1000千瓦。而國內燃料電池電堆單堆功率最高僅為60千瓦,為達到功率需要的電堆數量過多,控制系統無法實現有效控制,因此,大功率電池的開發十分必要。”

  據了解,國家電投百千萬燃料電池電堆項目將在今年內完成中試,并進行相關工藝放大驗證及固化。“在此基礎上,預計2020年5、6月份,就可以到車企進行相關測試與實驗。”柴茂榮說。

  此外,根據國家電投氫能公司發展規劃,到2020年,國家電燃料電池關鍵零部件及系統產品將實現量產,并建成國家能源氫能研發(實驗)中心,初步建成氫能檢測鑒定實驗驗證平臺;2025年將形成系列化電池產品及穩定的系統配套能力和原材料供應體系,驗證平臺發揮行業支撐作用。

關鍵詞:氫燃料電池
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