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          氢燃料电池——风景很美距离还远
          来源:全球电池网 日期:2013-7-30 作者:全球电池网 点击:

          燃料电池就像高高屹立在青藏高原上的珠穆朗玛峰,无论从哪个角度看,风景都很美,但离我们很遥远。

          迄今为止,珠穆朗玛峰仅有为数不多的职业登山家成功登顶,大多数人无法攀登,这与氢燃料电池汽车很相似。目前,各国仅推出少量车型用于研究、验证或者局部使用,广大消费者还不能方便地享用。

          应用前景很诱人

          科学家很早就发现了燃料电池的技术原理,当时,这一发现囿于诸多限制因素没有引起大家的足够重视。近年来,随着空气污染加剧、石油资源日益减少,燃料电池汽车引起了广泛关注。

          燃料电池根据电解质不同,可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)等几种。车用燃料电池大多采用质子交换膜燃料电池。

          燃料电池优势非常突出。同济大学张智明博士说:“目前为止,还没有哪一项能源生成技术像燃料电池那样将诸多优点集于一身。”

          燃料电池具有较高的能效。燃料电池将化学能直接转换为电能,不会因为燃烧作用产生大量废气与废热,能量转换率约为传统内燃机的3倍以上。目前,直接使用氢气的系统效率超过50%,如果将燃料电池排放的废热加以回收利用,能量利用率超过85%。而传统内燃机的热效率大约为20%~30%。

          燃料电池具有环境亲和性。部分燃料电池会排放二氧化碳,但远低于燃烧汽油的排放量(约为其1/6)。氢燃料电池尾气排放只有水,真正做到了无污染,无温室气体排放。

          燃料电池还有无火花、低噪声、无废弃物处理问题、高机动性等特点。目前,燃料电池的能量密度已从早期50~80Wh/kg提高到3000Wh/kg,比锂离子电池高出许多倍。

          燃料电池汽车的续驶里程不低于传统燃油汽车。国外相关机构研究表明,一加仑汽油与一公斤氢气行驶里程相当。

          燃料电池的氢来源广泛,成本也较低,据介绍,天然气、甲醇制解、水电解等都可以制造氢气,许多化工企业生产过程中会产生大量氢气,完全可以回收利用。华南理工大学教授廖世军说:“用天然气制氢,大约每立方米花费3元,电解水制氢,每立方米大约需要4度电。”

          推广难题多

          燃料电池优点突出,缺点也很明显,推广使用还有很多难题需要解决。

          燃料电池的成本非常高。廖世军告诉记者,质子交换膜和铂催化剂均为昂贵材料,导致每辆车成本大约为150万~200万元人民币。同济大学张智明博士向记者提供了几个数字,质子交换隔膜的价格大约为每平方米300美元,约占成本的35%,PEMFC中每平方厘米铂催化剂含量约为0.5毫克,约占成本40%。

          氢燃料电池的安全成本比较高。目前,加氢站普遍采用低压取氢、高压注入方法。压力为35MPa或者70MPa,这对储氢罐提出了很高的安全要求。一位国外燃料电池专家告诉记者,有些跨国汽车企业采用铝合金和碳纤维制造储氢罐,比一般氢气瓶成本高很多。加氢站安全要求很高,加氢站的建设成本也非常高。氢气运输也是人们不得不考虑的因素。

          燃料电池汽车原理很简单,但几位专家都告诉记者,真正投入到实际运用中,燃料电池汽车的系统非常复杂,这导致其制造和维修保养成本比较高。

          燃料电池存在寿命问题。几位专家均告诉记者,如果氢气纯度不高,铂催化剂会中毒。为了保证使用寿命,氢燃料电池均使用高纯度氢气,据介绍,氢气纯度一般要求达到99.99%,有些要求达到99.9999%。一般工业制氢纯度为99%,每提高一个数量级,成本增加很多。另外,燃料电池汽车频繁起停也会大大缩短寿命。

          各国努力研发新技术

          最新数据显示,未来10年内,全球燃料汽车市场份额将高达1800亿元,各国加紧研发新技术,新材料,抢占未来汽车市场的主导权。

          各国在燃料电池上的研发主要集中于降低铂催化剂用量;增强催化剂稳定性;开发更便宜的质子交换膜;提高膜电极性能;优化燃料电池系统;燃料电池水管理和热管理;提高燃料电池系统的效率和寿命等。

          张智明说:“国外有些燃料电池铂含量降低为0.18g/cm2,成本大大降低。”

          清华大学教授李建秋说:“2011年,燃料电池成本达到49美元/Kw,预计2017年将达到30美元/Kw。”

          廖世军说:“燃料电池寿命目标是1万小时,现在有些国家已经超过。”

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