有關(guān)燃料電池發(fā)展?jié)摿卧冢?需從質(zhì)子交換膜的技術(shù)突破開始
日期：2024-10-16 11:40:11 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：544關(guān)于燃料電池，我國(guó)已在《中國(guó)制造2025》中提出，到2020年，實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料批量化生產(chǎn)的質(zhì)量控制和保證能力;到2025年，制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施基本完善，燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運(yùn)行。
燃料電池車型無論是在環(huán)保方面的零污染，還是其能源補(bǔ)給(加氫)時(shí)間短以及超長(zhǎng)續(xù)駛里程，都是其他新能源汽車所不能及的。但受制于目前較高的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)壁壘以及關(guān)鍵技術(shù)缺失導(dǎo)致燃料電池高額成本負(fù)擔(dān)，使用昂貴的質(zhì)子交換膜、用貴金屬鉑作為催化劑，以及石墨雙極板較高的加工成本，都使得氫燃料電池車型的成本和售價(jià)遠(yuǎn)高于普通燃油客車和其他電動(dòng)車型，影響了商業(yè)化進(jìn)程。
電子科技大學(xué)教授何偉東在燃料電池研討會(huì)上表示，即便如此，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)有及潛在燃料電池市場(chǎng)巨大，包括航天、電動(dòng)汽車備用電源，無人機(jī)等領(lǐng)域都適用于燃料電池。與此同時(shí)，國(guó)家、地方省市對(duì)氫氣燃料電池政策傾斜，關(guān)鍵技術(shù)突破勢(shì)在必行。
作為燃料電池重要組成部分的質(zhì)子交換膜也是關(guān)鍵，對(duì)于此技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，何偉東表示燃料電池堆(主要包括雙極板、質(zhì)子交換膜、催化劑)目前基本依賴進(jìn)口。特別是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵核心材料技術(shù)上落后與美國(guó)、德國(guó)和日本，最優(yōu)質(zhì)的質(zhì)子交換膜被美國(guó)杜邦公司長(zhǎng)期壟斷。
何偉東介紹道，質(zhì)子交換膜關(guān)鍵在于質(zhì)子和離子的傳導(dǎo)率，其研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)家及四川地方政府、高校支持下，經(jīng)過一年的反復(fù)研究實(shí)驗(yàn)，終于推出新一代質(zhì)子交換膜，其擁有更低的成本及更高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。并且該質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到美國(guó)杜邦公司型號(hào)Nafion 117質(zhì)子交換膜的1.78倍。在成本方面，相比目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品價(jià)格能降低10倍左右，可以做到10元左右每平方厘米。(杜邦Nafion PFSA 薄膜和分散液憑借其出色的能量輸出和耐用性蜚聲燃料電池業(yè)，成為多種能量存儲(chǔ)和汽車應(yīng)用的理想選擇。杜邦科研在燃料電池業(yè)不斷創(chuàng)新，推出了杜邦薄膜，美國(guó)杜邦的膜和薄膜產(chǎn)品為眾多應(yīng)用和工藝技術(shù)提供化學(xué)和機(jī)械屬性組合，包括家用電子產(chǎn)品、燃料電池、航空航天、汽車、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。)
有關(guān)燃料電池發(fā)展?jié)摿卧? 從質(zhì)子交換膜的技術(shù)突破開始
何偉東團(tuán)隊(duì)歷時(shí)1年研發(fā)的質(zhì)子交換膜
燃料電池雖然存在較大的缺點(diǎn)：例如鉑催化劑成本高、放電啟動(dòng)慢、電池系統(tǒng)穩(wěn)定性差等。但其擁有高轉(zhuǎn)化率(>60%)、排污少、多種燃料氣體(氫氣、甲烷、醇類等)優(yōu)勢(shì)，在轉(zhuǎn)化率方面，依然有幾十個(gè)百分點(diǎn)的能力損失有待挖掘和進(jìn)一步提升。
而對(duì)于從美國(guó)回國(guó)后任職于電子科技大學(xué)的何偉東為何選擇燃料電池中的質(zhì)子交換膜而不是鉑催化劑作為主攻領(lǐng)域呢?帶著固有科研人員氣質(zhì)的他直言不諱，燃料電池結(jié)構(gòu)中的鉑催化劑在國(guó)際領(lǐng)域是繞不過去的問題，主要在于成本上的控制，而這主要技術(shù)提升點(diǎn)在于通過減少鉑金的用量，加大其接觸面積，找到尺寸和性能穩(wěn)定性的結(jié)合點(diǎn)。(催化劑主要是表面起作用，內(nèi)部并不起作用)理論上講顆粒越小，活性越好，催化效果就增強(qiáng)。但是問題是小到一定程度容易被硫化物毒化(空氣中含有)，容易吸附硫化物從而使得其催化效果大打折扣。其次，鉑金屬是FCC晶體結(jié)構(gòu)(面心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有4個(gè)金屬原子。)哪個(gè)表面在外邊是很難控制。
對(duì)于質(zhì)子交換膜，他表示通過長(zhǎng)時(shí)間調(diào)研發(fā)現(xiàn)做質(zhì)子交換膜的粉粒、漿料，國(guó)內(nèi)已經(jīng)做得水平較好。在國(guó)際方面也擁有核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，基于氣體擴(kuò)散測(cè)試的能量損失分析技術(shù)和基于電泳法的電池材料技術(shù)及原創(chuàng)薄膜材料工藝。此外，目前燃料電池的材料及測(cè)試存在的問題主要在于兩點(diǎn)，一是以往測(cè)試器件只適用于固體氧化物燃料電池，工作溫度在500攝氏度以上，電池材料厚度可控性在10微米左右，孔率與孔形貌可控性均欠佳，需要做的改進(jìn)是要降低測(cè)試溫度，將高溫測(cè)試推廣至質(zhì)子交換膜燃料電池(動(dòng)力燃料電池)的低溫測(cè)試;提高材料孔率、孔形貌及厚度的可控性。
一方面在于包括質(zhì)子交換膜在內(nèi)的核心部件的技術(shù)創(chuàng)新上，另一方面在氫燃料電池車型研發(fā)上，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)及制造企業(yè)一直在探索，在近十年的開發(fā)和研究中，我國(guó)氫燃料電池車型也取得了一定進(jìn)步。從宇通推出全新一代氫燃料電池客車，到福田歐輝客車獲得100輛氫燃料電池客車的訂單，再到28輛氫燃料客車將在廣東佛山、云浮示范運(yùn)營(yíng)。都在預(yù)示著氫燃料電池客車逐漸步入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。
何偉東簡(jiǎn)介：