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国家电投氢燃料电池电堆技术获阶段性成果
来源:中国能源报 时间:2019-08-28 字体:[ ]

日前,在国家电投科学技术研究院举办的氢能技术创新与应用高峰论?#25104;希?#22269;家电投氢能科技发展公司首席技术官柴茂荣表示,国家电投100千瓦氢燃料反应堆将于今年年底完成整个系统稳定性测试。

今年7月,国家电投氢能公司100千瓦功率金属双极板燃料电池电堆宣告研制成功。而这对于国家电投氢能公司“实现燃料电池的全产业链自主化”目标来说,仅仅是个开始。

攻关核心技术

据了解,燃料电池项目的设计研发分为膜电极、双极板、电堆封装以及BOP系统(包含系统控制、氢泵、其它附属设备等)四大部分。其中,膜电极作为燃料电池实现功能的核心,成为国家电投氢能公司攻坚重点。

“国外企业生产的性能最为优秀的催化剂我们买不到,市场上的催化剂又难?#28304;?#21040;我们的要求。”柴茂荣表示,国家电投目前已成功研制出耐腐蚀、易担载的碳基催化剂载体,以及具有高质量活性、低铂载量的多元合金催化剂。“最终的催化剂产品的质量活性优于目前市场上的催化剂,通过1.0-1.5V十万次的耐久性测试,其衰减特性?#31561;源?#20110;80%,耐久性能较目前的商业催化剂具有显著优势。”

来到展厅内,记者注意到一张张透明的薄膜。让记者想不到的是,这薄薄的一层膜,全球只有两三家企业可以生产。

“普通的?#39318;?#20132;换膜并不难做,但燃料电池所需的膜必须要耐高温,可以在100摄氏度的条件下正常工作。而绝大多数的膜在80摄氏度就开始软化,失去功能。”柴茂荣介绍称,国家电投与武汉理工大学合作,研制成功了高电导率、高耐久性、低溶胀的?#39318;?#20132;换膜,并完成了量产工艺、设备及产线的开发。“目前该技术正在进行?#38468;?#21442;数实验和论证。预计到2021年可以形成标准化的产品。”

打造自主化产业链

百千瓦燃料电池电堆及燃料电池系统产品项目的完成分为三个层次:从原料到产品的全部关键环节实现自主化,以?#38468;?#20026;根本、以系统为表征实?#20013;?#33021;提升,以及通过推动技术升级与规模效应实现成本的大幅降低。

在柴茂荣看来,氢燃料电池要想实现商业化,这三个关键要素缺一不可。“相比锂电池汽?#25285;?#27682;燃料电池车的成本要高很多,如果再走依靠高比例补贴的?#19979;罰?#22269;家?#26222;?#26159;无力支撑的。”他表示,目前国外燃料电池电堆通过规模化,可以将每千瓦造价降至1000元人民币以内,而国内?#28304;?#22312;7000元左右。“想降低成本,必然需要提高自主化水平、减少进口依?#25285;?#21516;时用高性能争取市场。”

“举个例子,一块看似不起眼的双极板,原先我们都不具备自主制造的能力。?#20197;?#32463;?#19994;?#25484;握该技术的国外公司,对方连一个样品都不愿提供给我们。”回忆起研制之初的艰辛,柴茂荣颇有感触。

既要满足接触电阻、基材溶出率等指标要求,又要克服钛材料不能承压的特性,柴茂荣和他的团队对钛材料进行改进,冶炼材料,制作产品,再做测试,没有成功就重新再炼材料。“看似不起眼的双极板,花费的时间精力仅次于?#28304;?#21270;剂技术的攻克。”目前,这种由国家电投自研的钛极板已完成设计形成专利,并实现了小批量生产。

整个燃料电池产业链的自主化涉及多个领域,为实现自主化目标,国家电投通过发挥其大型能源央企的战略优势,组建了氢能产业联盟。“联盟中?#34892;?#22810;材料、设备厂商,我们聚焦于产业发展,更加侧重产业技术、生产等方面,?#28304;?#36827;行资源整合,打造产业发展平台。” 

明确发展?#36739;?/p>

柴茂荣在?#19981;?#20013;表示,由于起步较晚,我国燃料电池电堆水平与先进国家相比较为落后,无论是单堆功率、功率密度还是使用寿命等方面,均存在一定差距。”燃料电池单堆功率达到100千瓦并非是单纯的数量叠加。单堆功率提高意味着功率密度提高,对元件散热等工艺都提出了更高要求。”

柴茂荣强调,为满足大?#32479;?#36742;、商用车的需求,未来燃料电池必将朝大功率的?#36739;?#21457;展。“3升6缸发动机的功?#35797;?#20026;200千瓦,大型机车甚?#37327;梢源?#21040;1000千瓦。而国内燃料电池电堆单堆功?#39318;?#39640;仅为60千瓦,为达到功率需要的电堆数量过多,控制系统无法实现?#34892;?#25511;制,因此,大功率电池的开发十分必要。”

据了解,国家电投百千万燃料电池电堆项目将在今年内完成中试,并进行相关工艺放大验证及固化。“在此基础上,预计2020年5、6月份,就可以到车企进行相关测试与实验。”柴茂荣说。

此外,根据国家电投氢能公司发展规划,到2020年,国家电投氢燃料电池关键零部件及系统产品将实现量产,并建成国家能源氢能研发(实验)中心,初步建成氢能检测鉴定实验验证平台;2025年将形成系列化电池产品及稳定的系统配套能力和原材料供应体系,验证平台发挥行业支撑作用。


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