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國家電投氫燃料電池電堆技術獲階段性成果

更新時間:2019-08-30點擊次數(shù):1683

日前,在國家電投科學技術研究院舉辦的氫能技術創(chuàng)新與應用高峰論壇上,國家電投氫能科技發(fā)展公司技術官柴茂榮表示,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(tǒng)穩(wěn)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(xiàn)燃料電池的全產(chǎn)業(yè)鏈自主化”目標來說,僅僅是個開始。 

攻關核心技術 

據(jù)了解,燃料電池項目的設計研發(fā)分為膜電極、雙極板、電堆封裝以及BOP系統(tǒng)(包含系統(tǒng)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(xiàn)功能的核心,成為國家電投氫能公司攻堅重點。 

“國外企業(yè)生產(chǎn)的性能為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(zhì)量活性、低鉑載量的多元合金催化劑。“終的催化劑產(chǎn)品的質(zhì)量活性優(yōu)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(yè)催化劑具有顯著優(yōu)勢。  

來到展廳內(nèi),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,只有兩三家企業(yè)可以生產(chǎn)。

“普通的質(zhì)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(shù)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(zhì)子交換膜,并完成了量產(chǎn)工藝、設備及產(chǎn)線的開發(fā)。“目前該技術正在進行細節(jié)參數(shù)實驗和論證。預計到2021年可以形成標準化的產(chǎn)品。  

打造自主化產(chǎn)業(yè)鏈 

百千瓦燃料電池電堆及燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品項目的完成分為三個層次:從原料到產(chǎn)品的全部關鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn)自主化,以細節(jié)為根本、以系統(tǒng)為表征實現(xiàn)性能提升,以及通過推動技術升級與規(guī)模效應實現(xiàn)成本的大幅降低。 

在柴茂榮看來,氫燃料電池要想實現(xiàn)商業(yè)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(guī)模化,可以將每千瓦造價降至1000元人民幣以內(nèi),而國內(nèi)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(jīng)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(chǎn)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li,并實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。  

整個燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的自主化涉及多個領域,為實現(xiàn)自主化目標,國家電投通過發(fā)揮其大型能源央企的戰(zhàn)略優(yōu)勢,組建了氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。“聯(lián)盟中有許多材料、設備廠商,我們聚焦于產(chǎn)業(yè)發(fā)展,更加側(cè)重產(chǎn)業(yè)技術、生產(chǎn)等方面,以此進行資源整合,打造產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺。  

明確發(fā)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(shù)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(diào),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(fā)展。“3升6缸發(fā)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(nèi)燃料電池電堆單堆功率gao僅為60千瓦,為達到功率需要的電堆數(shù)量過多,控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)有效控制,因此,大功率電池的開發(fā)十分必要。 

據(jù)了解,國家電投百千萬燃料電池電堆項目將在今年內(nèi)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(jù)國家電投氫能公司發(fā)展規(guī)劃,到2020年,國家電投氫燃料電池關鍵零部件及系統(tǒng)產(chǎn)品將實現(xiàn)量產(chǎn),并建成國家能源氫能研發(fā)(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(chǎn)品及穩(wěn)定的系統(tǒng)配套能力和原材料供應體系,驗證平臺發(fā)揮行業(yè)支撐作用。

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