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【燃料电池产业论坛】许思传:燃料电池产业化中关键技术

盖世直播 2019-11-22 13:20:56
核心提示:2019全球燃料电池汽车产业论坛现场嘉宾演讲实录,敬请关注!

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安徽明天氢能科技股份有限公司副总经理、同济大学汽车学院教授 许思传

各位领导,各位专家,各位同行,大家下午好。很高兴今天有这个机会跟大家一起交流,关于燃料电池技术产业化当中的技术问题。

中国加入了2030年巴黎协定,根据国际能源署的预测,要实现2030年减排目标,我们认为氢能是最有效的解决方案,燃料电池又是最好的一个氢能利用手段,所以我们认为氢能和燃料电池是未来的新兴产业。

氢能在日本、韩国、美国、欧盟都得到很大的发展,特别是日本,由于地理位置和自然因素的原因,他们对氢能特别重视。这方面,我们跟他们还有一定的差距。

刚才已经提到燃料电池和氢能是最佳搭档,利用氢能,燃料电池又是最好的解决方案。基于我国目前的情况,我们认为燃料电池汽车又是率先突破的一个比较关键的点。

在中国以上汽为代表的燃料电池无论是在乘用车还是轻客上都是走在比较前面的,上汽开发的FCV80已经在虹桥高铁站到安亭进行示范运行。燃料电池客车中,宇通、北汽福田都在冬奥会上拿下了燃料电池公交车订单。

从国内外的现状我们可以发现,从市场需求、应用,我们认为燃料电池系统对电堆的要求希望是高性能的、低成本的。我们常说燃料电池汽车的补贴政策,也会跟纯电动一样,它的技术门槛要求会越来越高,但是实际当中,燃料电池的补贴政策跟纯电动不一样,它近期不会退坡或者说退坡过程比较缓慢。

基于这样一个市场的需求,车辆的需求以及政策补贴的要求,我们认为在燃料电池今后的技术门槛越来越高,所以我今天谈一些技术问题,将着重从大功率电堆开发,高比功率电堆开发以及燃料电池系统这几个方面来向各位领导和专家汇报一下。

首先说金属双极板,前面燕博士已经介绍过,国鸿用的石墨双极板,我们比较下来金属双极板和石墨双极板各有各的优点,金属双极板基材很薄,低温启动性能比较好,是未来乘用车燃料电池的发展方向,当然石墨双极板在商用车、公交车等也会有很大的应用场景。

下面从这个方面介绍一下,要做高比功率的电堆,我们就要解决MEA问题,高性能,高耐久性膜电极的情况,所以对催化剂、扩散层要进行一个优化,包括MEA工艺所用的高分散的浆料,提升物料利用率,我们近期目标达到面积比功率每平方厘米1.5W。

对于金属双极板,目前主要是从这四个方面做工作:高性能的流场仿真技术;金属双极板的冲压仿真技术;高精度、防翘曲的激光焊接技术;高耐久性的表面处理技术。

目前在大功率电堆技术方面重点在高性能电堆密封技术,我们在安徽建立了万套级燃料电池电堆及系统产能,万套级的指70千瓦级别的电堆。用全自动生产线来做电堆密封技术,包括电堆一致性仿真和计算技术。上个月我们公司第一代产品,就是大功率电堆75千瓦、体积比功率达到每升3.5千瓦的电堆正式下线。

除了电堆以外,我们公司也做燃料电池系统,其中几个比较关键的零部件,第一个是压缩机,我们对目前市场上压缩机的型式做了调研比较,从体积、质量、温升、噪声、压比、成本等方面综合比较下来,我们认为离心式的压缩机是今后比较有前途的一种型式。

对于离心式压缩机,它的核心关键技术主要有这么三个方面:第一个就是专门使用于燃料电池系统需求的空压机叶轮设计;第二个是空气轴承;第三个是高速电机。对我们而言,这里面目前最难的可能就是空气轴承技术,这个技术一定要解决起停对它耐久性的影响,我们也在开发除了空气轴承以外其他的一些高速轴承。

下面一个关键部件是氢循环装置。目前氢气循环大概有三个方面的组合,第一个是用氢气循环泵,比如说丰田采用的技术;第二个是用氢气引射技术;也有采用氢气引射泵和氢气引射器和氢气循环泵两个并联的技术。这三种技术路线应该说各有优缺点,我现在在同济带领的团队,主要是做氢气引射器以及氢气循环泵这样一个并联的供氢系统。

下面一个技术就是系统零部件的集成与控制技术,这方面的工作我们在同济大学和明天都在做,主要是从零部件的优化匹配,温度的控制,压力的跟随技术,这几个方面做系统和集成的控制技术。

下面我简单介绍一下安徽明天氢能产业化的情况。安徽明天位于安徽六安市,距离合肥市40多公里。公司成立不久,2017年8月份开始注册,2017年12月份产业园区开工,2018年10月50千瓦的系统通过了强检,2019年5月建成加氢站,2019年9月60kW系统通过了强检。

这是公司去年建成的电堆和系统厂房,安徽明天在上海建立了一个燃料电池研究院。同时,公司也建立了院士工作站。上个月,我们刚好完成电堆下线仪式,引进战略投资合作伙伴。

我们的团队主要来自于三个方面:电堆技术来自于大连化学物理研究所,大连化学物理研究所衣院士团队的金属双极板电堆技术,转移到了安徽明天科技股份有限公司。另外我们公司的创始人王朝云董事长,他原来在整车企业的一个技术团队,所以说我们是一个来自于整车、燃料电池系统和电堆组成的技术团队。

公司目前重点聚焦在膜电极,双极板,电堆,空压机,氢气循环,系统的控制,动力系统目前主要是协助整车做一些整车集成与控制方面的事情,公司本身不做整车方面的事情。   

目前公司建成了安徽省第一个也是唯一一个加氢站,这个加氢站日加注能力400公斤,这个加氢站一部分氢气供我们公司生产,另外一部分供六安市燃料电池汽车示范运行,下个月安徽六安将有十辆装有我们公司燃料电池系统的公交车正式上线运行。

这是公司目前开发的几个主要系列,其中30千瓦是一个低压系统,其他都是一些中高压系统,从MT40,MT50,一直到MT60。我们生产的燃料电池系统都通过了国家的强检,今年年底在六安市运行的公交车,我们也跟国内外其他合作伙伴从电堆、系统等多方面进行了合作,谢谢大家。

提问:我们现在都再说氢燃料电池,我想知道甲醇燃料电池在汽车行业有没有应用前景?另外燃料电池除汽车行业之外,在其他行业应用前景怎么样?

许思传:我认为甲醇燃料电池在汽车中不是特别适用,原因就是在车上要做一个甲醇重整装置,本身重整的温度接近200度,所以无论是它的启动时间,还是它的排放等等都不适合于车用,但是地面上的应用应该说还是比较合适的。

第二个问题你刚才提到其他应用,燃料电池它的应用范围十分广泛,简单讲需要有电的地方都可以用到燃料电池。

提问:从技术上面讲燃料电池的应用前景,其实根据我们了解,燃料电池还有一个优势,就是它的回收相比较锂电池具有一些优势,这方面是不是要作为一个比较突出的优势呈现出来?

许思传:这个问题我尝试回答一下,燃料电池我们通常从全生命周期来考虑它,这方面比较的数据已经比较全面,燃料电池除了比传统车有的优势以外,我们说比纯电动车也有优势,刚才您提到报废以后这个阶段,燃料电池这方面也是有一定优势的,实践方面我们没有研究,但是看过别人做的研究,锂电池目前回收率还比较低,大概在我们国内就10%左右,同时回收过程当中有一些重金属还是有一定污染的,另外电池包回收是有高电压,有一定危险性。

燃料电池产业化刚刚起步,还没有到回收期,但是根据丰田的研究,绝大部分的零部件都可以回收利用,而且没有污染,其中最重要的贵金属就是铂,大概99%都可以回收利用,这个数据应该是大于95%的,所以从这个角度来讲,我们认为燃料电池回收方面应该说跟其他的车用动力比还是有比较大的优势。


(本文来自2019全球燃料电池汽车产业论坛,根据现场速录整理而成,如有错漏,敬请告知。)

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文章标签: 电池

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