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技术交流 2017-09-22 15:59
中国电工网讯:
    纵观人类发展史,所有的发明、技术创新以及人类为之所做的全部努力,都有一个共同的落脚点,即投入应用。燃料电池也不例外。从个别科研院所的实验室研究到企业产品的市场投放,从默默无闻到日渐火热,燃料电池产品的终端应用不断取得突破。“2017年(武汉)燃料电池技术与产业发展高峰论坛”围绕燃料电池在实际应用中出现的问题展开讨论,对业内颇有启发。
 
    ▌燃料电池的应用领域
 
    (1)燃料电池车VS纯电动车
 
    在行业内及媒体上,经常出现关于燃料电池车与纯电动车的讨论,人们下意识里把二者看成竞争关系。其实,二者并非完全的竞争关系,竞争对手不是彼此而是传统燃油车。燃料电池车和纯电动车同属于新能源汽车,推进节能环保、最终取代燃油车是新能源汽车的神圣使命。
 
    许多专家学者在不同场合均明确表示,燃料电池车与纯电动车不矛盾,二者属互补关系。专家认为,随着动力电池技术的发展,比如300公里以下的短程出行,乘用车会以纯电动为主,它在充电和续航方面可以满足用户的日常出行需要。然而,从事长距离运输的重型卡车、有轨电车等,质量较重,能量需求大,适合采用燃料电池作为动力电源。
 
    在刚刚公布的第300批《道路机动车辆生产企业及产品公告》中,燃料电池车有4款,分别来自北汽福田、宇通客车、厦门金旅以及安凯汽车,其中,3款燃料电池由北京亿华通科技股份有限公司提供,1款燃料电池由广东国鸿重塑能源科技有限公司提供。燃料电池在新能源汽车整体中的占比尚小,但向好的趋势非常明显。
 
    (2)叉车、牵引车等工业车辆
 
    燃料电池风靡叉车、牵引车等工业车辆领域,让人颇感意外,但细思又觉得非常合理。这些工业车辆行驶范围小且路线固定,完全规避了加氢站数量不足带来的影响,再加上燃料电池在环保方面的优异表现,在叉车等工业车辆域取得重大突破也就不足为怪。
 
    《燃料电池困局:如何走出那个该死的循环?》一文提到的美国PlugPower公司堪为一个典型代表,它是一家发展制造并整合各项燃料电池系统的公司,产品主要应用于叉车、备用电源、固定电站等领域。据其全球采购总监杜斌介绍,从2013年至今,公司整个销售营业额增长了4倍以上,目前客户有叉车、机场牵引车、无人驾驶车等1.6万多台燃料电池设备在运行,2017年年底,运行设备数量将增加至2万台。杜斌透露,全球燃料电池叉车市场约300亿美元,PlugPower占95%。
 
    (3)无人机
 
    无人机是燃料电池的另一个应用领域。相对于锂电池来说,燃料电池无人机续航时间更长,留空时间估算更准确,飞行振动更低,红外辐射也更低。据上海攀业氢能源科技有限公司副总经理施涛介绍,公司提供的无人机燃料电池动力系统,满载最大留空时长可达3小时,1公斤载荷最大海拔高度2500米,极限飞行海拔高度4500米。燃料电池无人机已经可以满足石油化工勘测、军警航拍等领域的需求,应用前景广阔。
 
    燃料电池的应用难题和解决方案
 
    (1)氢和燃料电池安全。
 
    安全是发展燃料电池首先要考虑的问题。“不懂燃料电池的人觉得氢气危险,从物理特性来讲,氢气逸散性很高,在不是特别封闭的空间里,氢气很难爆炸”,新研氢能源科技有限公司CTO齐志刚解释,“如果把一辆汽油车和氢燃料电池车分别点燃,汽油车把人烧得面目全非,氢燃料电池车会形成一个细火柱,很快燃烧完毕,对车的损害也比较小。”从这点看,氢的确是更安全些。
 
    北京海德利森科技有限公司产品总监韩武林认为,按照标准法规生产、储运和使用氢气,氢的安全就可控和可保障。此外,完善氢安全技术法规,本着安全的理念设计氢能设备,对氢能利用做风险评估,也可以降低和避免风险。
 
    (2)性能和寿命。
 
    关于燃料电池车,如果按其实际使用的方式测寿命,得到的数据严重滞后于燃料电池车的发展,且相同的燃料电池装不同的车,循环工况不同,老化速度也不同,业内实验室原有的测试方法,给不出对应的寿命指标。清华大学教授、研究生院副院长裴普成转换思路,参考机械领域寿命预测理论,证明了多工况组合复合“疲劳累积损伤规律”,并借鉴Miner模型,给出了燃料电池性能衰减速度公式,并在实验中做不同电流密度下电池性能的衰减速度,由此来计算燃料电池的寿命。裴普成的燃料电池寿命评价方法大大节省了测评时间,从而可以更好地改进燃料电池的技术和工艺。
 
    中国科学院大连化学物理研究所燃料电池部部长邵志刚研究了低铂核壳催化剂电池衰减机理,通过电池加速衰减测试,考察低铂核壳催化剂电池中催化剂成分的渐变过程,分析了合金成分对电池性能的影响,提出第二成分流失及合金化对电池寿命影响的规律。邵志刚与裴普成的研究方法不同,但笔者认为二者殊途同归,最终都是为了提高燃料电池性能和寿命。
 
    (3)成本及发展策略。
 
    燃料电池的高成本是一个被持续关注的问题,要把燃料电池推广开来,降成本势在必行,这就需要研究新型关键材料制备技术,低铂或非铂催化剂成为一个突破口。邵志刚对低铂核壳催化剂做了深入研究,他表示,要应用到整车上,还有一段距离。
 
    山东东岳集团研究院副院长唐军柯表示,不同的客户,对膜的规格要求不同,不同的规格交错,造成膜的浪费,因此,不同的企业将膜的需求规格统一起来,能够很好地降低成本。
 
    武汉理工新能源有限公司副总经理田明星表示,膜电极成本占电堆总成本60%以上,随着批量的扩大,催化剂在燃料电池成本中的比例越来越大。膜电极通过规模化生产效应,可以满足初步的商业化需求,要满足大规模商业化的成本要求,还需要在性能、非铂催化剂等方面取得突破。
 
    亚当斯密的《国富论》里讲了一个分工的例子:在工厂里,如果工人们各自独立工作,那么任何人都不可能在一天之内制造出二十枚针,甚至一枚也制造不出来。如果进行分工协作,各自负责几道工序,那么,一天可以生产成千上万枚针。分工协作不仅提高了效率,还降低了生产成本。
 
    这个故事对燃料电池企业来说依然具有借鉴意义。燃料电池产业链企业不能贪多求全,一定要专注自己最擅长的领域,将产品做到极致。把非核心产品业务剥离出去,降低生产成本。实际上,行业发展越成熟,分工就越细,行业运转效率越高。刚刚将电池业务拆分的比亚迪就是实例。
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