原|2024-11-24 23:19:44|浏览:37
该氢燃料电池汽车用车成本是每辆达到150万左右,我国作为世界第一产氢大国,产能超过2000万吨/年。煤、天然气、石油等化石燃料生产的氢气占了将近70%,工业副产气体制得氢气约占30%,电解水占不到1%。我国制氢潜力巨大,煤炭、天然气制氢几乎不受资源约束,焦炭、氯碱、甲醇、合成氨的副产氢气产能也超过千万吨,2018年全国可再生能源弃电量为1023亿千瓦时,理论制氢潜力达到186万吨。
在各类制氢技术路线中,化石燃料制氢技术具有技术成熟、成本较低等优点,但也面临碳排放量高、气体杂质含量高等问题。我国煤制氢技术成熟,已实现商业化且具有明显成本优势(0.8~1.2元/标准立方米),适合大规模制氢,且我国煤炭资源丰富,煤制氢是我国当前主要的制氢方式。天然气制氢成本受原料价格影响较大,综合成本略高于煤制氢(0.8~1.5元/标准立方米),主要适用于大规模制氢,但也存在碳排放问题,同时我国天然气大量依赖进口,原料相对较难以保证。虽然未来碳捕捉技术有望解决CO2排放问题,但也会增加制氢成本。此外,化石燃料制氢技术生产的气体杂质成分多,如果要应用于燃料电池还需要进一步的提纯,增加纯化成本。
氢燃料电池在汽车领域具有综合能效高、环境友好、高可靠、启动迅速等特性,也因此氢燃料电池在汽车领域应用最为普遍。氢燃料电池的催化材料是氢燃料电池结构中的核心材料部件,是电池正常、高效的运行保障。随着当前环境污染压力的不断上升,社会对大规模使用清洁新能源的需求更加迫切,也因此对氢燃料电池催化材料的成本、催化活性、催化稳定性提出了更加严格的要求。
催化剂层是氢气燃料电池中氢气和氧气发生电化学反应产生电流的场所,可以说是氢气燃料电池的核心。由于有三种组分参加化学反应,即气体(氢气和氧气)、电子和质子,因此要求上述三种组分都能到达催化剂表面。气体要通过空隙,电子通过导电载体,质子通过离聚物,这对催化剂层材料提出了很高的要求。首先它必须是多孔的,这样氢气和氧气才能通过;其次它的导电性必须好,这样电流才能大;然后,它和离聚物的接触要好,确保质子能过来;再次,催化剂层必须很薄,使得由于质子迁移速率和反应气体渗透到催化剂层深处所引起电池电位损耗最小;最后,反应生成的水必须有效清除,否则催化剂将浸入水中,导致气体无法到达。
为了满足上述五个要求,我们的解决方案是使用新型纳米多孔碳膜作为微孔层和催化剂层材料,并将二者合二为一。新型纳米多孔碳膜内部是三维贯通的多孔结构,方便氢气和氧气通过,也有利于离聚物扩散进来。其次,新型纳米多孔碳膜导电性良好(2-10 S/CM),满足导电性的要求。然后,可以通过喷涂氯铂酸溶液后用氢气还原等方式在新型纳米多孔碳膜一侧负载几微米厚的催化剂层,做出非常薄的催化剂层。最后,新型纳米多孔碳膜内部设计了亲水性的小孔和憎水性的大孔,实现“水走水道,气走气道”,避免“水淹”现象。
安泰科技(000969)氢燃料电池金属双极板已实现批量供货,并在催化剂领域进行了重点布局,拥有碳载镍催化剂制备专利。
天科股份(600378)催化剂是公司主营业务之一,其中镍系催化剂国内市场占有率高达80%,主要用于甲醇合成装置、制氢装置等。
科力远 (600478)主营镍系列产品,是中国唯一一家能为镍氢动力电池提供配套原材料的企业。
氢燃料汽车工作原理是:氢分子通过燃烧与氧分子结合产生热能和水,氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电,根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车,提供家庭或工业用电或作为手机电池。其实提炼氢燃料的过程非常复杂,而且能耗也非常高。氢内燃车和氢燃料电池车不同,氢内燃车是传统汽油内燃机车的带小量改动的版本,氢内燃直接燃烧氢,不使用其他燃料或产生水蒸气排出。这些车的问题是氢燃料很快耗尽,载满氢气的油缸只能行驶数英里,很快便没了能量。
在2017年,本田在美国推出了一款名为“Clarity Fuel Cell”的氢动力车型,但由于市场表现不佳,最终在2020年停产。
但从外媒最近曝光的消息来看,本田正在再次尝试氢燃料电池汽车,并且想要推出新版本的CR-V,作为Clarity Fuel Cell的替代车型,并计划将于2024年开始在俄亥俄州生产。
1、目前氢燃料电池技术不够成熟,成本较高;
2、目前缺乏加氢的基础设施,而且跟充电站的建设一样,存在先有鸡还是先有蛋的困境,而且不像汽车充电起步初期可以多利用家庭设备推动普及;
3、慢慢扩展到公共充电桩和大型快速充电站,而只能一步调到大型加氢站;
4、早期基础设施推广阻力大,反过来造成燃料电池汽车销量难以扩大,这个是最大的硬伤。
氢分子通过燃烧与氧分子结合产生热能和水。氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电,根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车,提供家庭或工业用电或作为手机电池。一原理说起来很简单,但具体分析的话就会发现,其实提炼氢燃料的过程非常复杂,而且能耗也非常高。
氢内燃车和氢燃料电池车不同。氢内燃车是传统汽油内燃机车的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢,不使用其他燃料或产生水蒸气排出。这些车的问题是氢燃料很快耗尽。载满氢气的油缸只能行驶数英里,很快便没能量。
另一方面,各色各样的方法正在研究以减少耗用的空间,例如用液态氢或氢化物。1807年IsaacdeRivas制造了首辆氢内燃车。可惜该设计甚不成功。宝马的氢内燃车有更多的力量,比氢燃料电池车更快。宝马的氢汽车以三百公里每小时创下了氢汽车的最高速记录。万事达已在开发烧氢的转子引擎。该转子引擎反覆转动,故氢从开口在引擎内的不同部分燃烧,减少突然爆炸这个氢燃料活塞引擎的问题。日本武藏工业大学1990年在第八届世界氢能会议上展出了一部使用液氢储罐的燃氢轿车。它由NISSAN车改装,使用一个容积100L,总重60kg的液氢罐,可以100km/h行驶,排放废气中无CO2。中国研制的燃用氢、汽油混合燃料的城市节能公共汽车进行试验。其他重要汽车生产商如通用汽车和DaimlerChrysler公司,投资在较慢较弱但较有效的氢燃料电池。
氢燃料电池虽然被称为电池,但是它并不储存电能,而是一种发电装置。其根本原理是利用了氢气和氧气反应生成水这一化学机制,将化学能转化为电能,为汽车提供动力。跟燃油车要加汽油一样,氢燃料电池车需要在加氢站补充氢气作为燃料,并将氢气储存在储氢罐中。储氢罐就相当于燃油车的油箱,而氢燃料电池就相当于发动机,从储氢罐中获取氢气,跟吸入的氧气反应,产生电能,并将电能存储在动力电池中。在汽车工作时电动机从动力电池中获取电能,驱动汽车。
对于燃料电池而言,用来加快反应速率的催化剂是最费钱的,原因是其含有一种贵金属:铂金。现阶段氢能源车产量大约为每年1000辆,这一产量下电池成本大约为每千瓦180美元,因此制造一个100kw电堆成本约12万6千人民币。再加上储氢罐、动力电池等成本,一套氢能源车的动力总成价格逼近20万!这也是为什么像丰田Mirai,现代NEXO等氢能源车售价高达40万人民币左右,几乎是同品牌混动车型的两倍。若能将产量提升50倍,则成本可以缩减至每千瓦45美元。虽然随着生产规模发展,制造成本会有所下降,但是由于铂金是稀有资源,铂金的成本不会减低。一辆功率为100kw的氢能源车现阶段需要30多克铂金,折合人民币6000-8000元。
氢燃料电池汽车目前面临的最大问题是,燃料电池堆的成本和使用寿命问题。
如功率100瓦 相当于1.8L排量的氢燃料电池汽车,仅氢燃料电池组的成本就接近100万元人民币;
而氢燃料电池组在频繁高低速轮换中,也容易缩短使用寿命。此外氢气的来源也是问题,制氢所需的成本,比炼油和发电还高。
还有氢气的生产、收集和使用,工业副产品氢,也就是那些炼焦炭、煤炭产生的氢气的收集。