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潘牧:燃料电池商业化—障碍、标准、未来

以下为现场实录

谢谢组委会给我一个机会和大家分享燃料电池商业化的问题。刚才重塑的林总、上汽的李总介绍了燃料电池的产业化发展进程,是非常可喜的势头。现在国内非常多的企业家都关注氢能和燃料电池这个产业,从环保、效率各方面这些优势来说好像确实是非常好的事情,但是在做这个事情的时候,前途肯定是光明的,但是道路又是曲折的,我们必须知道,它曲折的地方在哪里,今天我想讲讲对于燃料电池商业化的一些思考。

武汉理工大学首席教授 潘牧

燃料电池性能到底有什么障碍?燃料电池有三座大山,是性能、寿命、成本,衣院士讲现在燃料电池跟纯电动相比成本是很高的问题,确实是这样。但这三个问题都是我们面临的困难,不过经过十几二十年的努力,中国还有全世界的科学家共同的工作,其实取得了很大的进展。在成本上面大家可以看看,电堆的功率密度已经达到3.1千瓦每升,这个指标还是比较好的,它对应膜电极性能的指标是每平方厘米5.4瓦,如果只算双极板加上膜电极的体积,它的功率密度可以达到5.6千瓦每升,现在的技术已经做到非常高的水平。当然没做到5.6,潜力是有这么多的,完全做得到的。现在1.4瓦每升完全可以做得到的,另外就是铂的用量,大家觉得催化剂是最贵的,其实这个催化剂从2006年每千瓦2克一直到明年要做到0.12克,现在目前已经可以做到0.2克每千瓦了。如果0.125克表示每个车装了10克铂,也不是很贵,这个是可以接受的。所以这个性能上,由于我们的努力,催化剂的性能、电堆的性能、膜电极的性能几乎可以达到产业化的水平了。

这里介绍一下膜电极,是武汉理工氢电(音),这个公司2006年成立,专门用来做膜电极,我们的膜电极现在销售100万片,大部分销售到国外,如果装车可以装3000多台车,当然没有全部在国内装,主要是出口国外。中国的零部件的基础也还是很好的,产业化还是很有信心可以做下去。

但是这里讲一下成本的问题,我这里大概估计了一下,按100千瓦的电堆, 总数在最下脚,大概是两万多块钱,这是算的核心面积,还有一个结构设计所消耗的材料,你有材料的利用率,有材料的损耗率,有良品率,也就是四万多块钱,加上双极板一两万块钱,加上其他东西十万块钱,一个一百千瓦的电堆就可以搞定,这是在理想的情况下。十万块钱光是电堆不行,BOP再块十万块钱就是二十块钱,相对于发动机来说还是贵了,但作为电动汽车来讲也不是完全不能接受的,成本来讲还有很大的距离,但是有可能完成。

最大的问题是寿命,现在质子交换膜是非常巧妙的结构,用了非常强的全副数值(音), 可以用来传导质子,这个东西非常贵,所以价格昂贵。2000年左右的时候用的是非常厚的膜,有170微米,树脂这么贵,用这么厚的膜当然很贵,现在我们全部减薄,成本就可以降低,所以现在膜的价格跟117的价格完全不可同日而语。但问题是膜薄了以后强度很差,所以大家想办法,我们加了增强层,但是这个增强层还不够强,假设它是30兆帕,一个15微米的膜,一个袋子只能承受450克的力,挂一瓶矿泉水就断掉了。另外是催化剂,为了使催化剂用的越少,这种纳米材料有个天生的弱点,就是热力学不稳定,它天生就要长大。第二点,催化剂在电化学反应中,从低电压到高电压,在每一个电压的循环,催化剂就变了一下,所以这些问题都是带来燃料电池的寿命问题,我们对它的机理了解不深刻,解决的方法并没有完全实现,这些都需要我们进一步探索。

相比较下来,我们的障碍里面,现在成本是第二的,寿命是最大的,因所有参加燃料电池的单位、企业都要把精力放在这上面,它的机理是什么?到底怎么样造成的?需要大量的测试数据,这些数据非常宝贵,拿出来才能分析清楚,才能把燃料电池车做好。

我们只有在前面的工作基础上才能制定出一些基础保证燃料电池的发展,现在国家有一个燃料电池标准委员会,委员会的主席是衣院士。现在中国燃料电池汽车在国际上走的比较前面,很多问题是国内碰到必须来制定标准。现在整个框架包括了基础的标准,包括了燃料电池通用技术标准,驱动和辅助便利系统,还有微型的,车用在这个里面是在电动车的标准委员会里面,所以在那个里面我们这两个标委会是互相合作,来把这个标准做好。

在国际上我们对标的组织就是IEC的TC105,现任主席是法国人,上一任主席是日本人。TC105跟其他的几个有能源的标准,有交通标准,还有供氢要求标准,几个委员会合作才能把这个体系构建起来。TC105发布的标准比我们还少一些,目前只发布了18项,我们国家已经有12项,已经采标。

我们到底怎么做?电动汽车的发展应该跟能源结构的调整是结合在一起的,我们要借助能源结构的调整保证燃料电池的调整,在我们这里有个电网。 而这个结构用什么来连起来?用燃料电池,电解水再转化成气送到气网里来。荷兰的风电全部用来制氢,今后氢能的网络是非常大的,如果这两个网络建立起来之后,每个汽车都是我们的节点。汽车在里面只是一部分。

所以这个能源网是非常符合互联网的特点,一个是互联的,电网和气网互联,一个是无限节点,还有双向,既可以消耗又可以生产,如果要在每一个家庭联起,就互相进行生产和销售。有意思的是本田的车就带了变压器,把电输送给家庭,就反向了,这代表了一个方向。

所以国际能源署2015年的时候提出能源互联网的概念,用氢气把热网、电网、气网用氢连接起来,德国提出了集成能源系统,最右边是电网,左边是气网,通过氢全部连接起来。美国就提出来H2@Scale的计划,根据氢这个网络把它连在一起,今年美国又支出了四五千万美元做这件事情。

我认为燃料电池面临的最大障碍是寿命问题,燃料电池缺乏强制性标准,特别是安全标准,燃料电池将在能源互联网起重要作用,电动汽车也是当中的一部分,谢谢各位!

(责编:李硕)

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