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燃料电池:引领新能源行业的弄潮儿

2017-09-19 14:38来源:华领观察关键词:燃料电池燃料电池车燃料电池堆收藏点赞

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质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件,可理解为电池的电解质,直接影响电池的使用寿命。全球主要供应商有杜邦、Gore、JohnsonMatthey、3M。最常用的是美国杜邦公司的Nafion质子交换膜,Nafion膜的成本在600美元/m2,相当于120美元/kW(用于乘用车)

质子交换膜:性能要求高,必须具有良好的质子电导率、低气体渗透率、反应稳定性,足够高的机械强度和结构强度。目前应用以全氟磺酸型膜为主,但生产难度高、成本高,未来发展趋势可分为:一是与聚四氟乙烯(PTFE)的复合膜,能改善膜的机械强度和稳定性,降低膜的成本,同时较薄的膜还改善了膜中水的分布,提高了膜的质子传导性能。二是寻找新的低氟或非氟膜材料。采用无机酸与树脂的共混膜,可提高膜的电导率及工作温度。

双极板:目前主要有金属双极板、无空石墨双极板、石墨/树脂复合双极板。其中,石墨双极板导电性和热导性比较好,但质地较脆;金属双极板的导电性和导热性较好,但密度较大;石墨/树脂复合双极板的韧性较好,质量较轻。

催化剂:由于质子交换膜电池运行温度数据中低温,因此,用于提升氢气和氧气的反应速度,必须使用铂系贵金属,目前使用量在100g左右,由于铂价格高昂,业界研发方向一方面尝试减少铂用量,另一方面也在努力寻找其他替代品。近年来铂的用量已大幅减少。膜电极上铂的负载量从10mg/cm2降到了0.02mg/cm2,铂的负载量降低了近200倍,根据美国能源局目标,随着燃料电池电堆技术的创新,未来质子交换膜电堆中铂用量将有望降低至50g,而最终目标是将用量控制在20-30g与传统燃油车铂金属使用量基本一样。

同时,燃料电池非铂催化剂的研究已经取得一定成果,但如合成困难,催化活性较低,稳定性差等问题制约着其应用发展,目前尚不能与传统的Pt基催化剂相比。

目前燃料电池成本依然很高

在2012年,燃料电池的造价已经由之前的2000美元/KW通过研发降至1300美元/KW,根据LuxResearch估计,目前质子交换膜燃料电池实际成本在1,000-2,000美元/kW左右,汽车厂商制造燃料电池堆的价格约在50,000到100,000美元之间,除了丰田Mirai把燃料电池的成本控制到350美元/KW,燃料电池理想成本在50美元/KW(汽油机成本50美元/KW)

量产后燃料电池成本存大幅下降空间

随着丰田Mirai成为全球第一款量产化的燃料电池企业,以及全球各主要汽车厂商对于燃料电池汽车研发投入的不断增加,未来燃料电池系统成本会快速下降,推动氢燃料电池实现商业化突破。l根据美国能源部(DOE)的测算,以80kw的质子交换膜电池为样本,50万量产,氢燃料电池系统成本已经从2006年的124美元/kw降至2015年的53美元/kw(下降近60%)。美国能源部目标是燃料电池系统的成本下降到30美元/kW。

原标题:燃料电池:引领新能源行业的弄潮儿(下)
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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