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加拿大工程院院士王海江:从三个方面去实现燃料电池规模化、产业化

2019-02-22 08:33
南科动力
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1月13日,中国电动汽车百人会论坛(2019)在北京钓鱼台国宾馆召开,国际知名燃料电池专家、加拿大工程院院士、南科动力核心技术专家王海江院士就国内燃料电池产业规模化、产业化发展主题进行了重要演讲。

王海江—南科动力核心技术专家

纵观燃料电池的历史发展,经过了一个比较崎岖的技术路线。通过持续地技术创新,燃料电池从核心材料、电堆到系统逐步满足了商业市场的要求,在全球市场上开展应用。我国燃料电池产业发展明显提速,规模化和产业化发展在即,应该坚持核心技术自主研发,实现燃料电池产业链核心关键环节的国产化。

在质子交换膜方面,通过采用全氟磺酸膜进行技术上的改进,解决了影响膜寿命的关键因素。另外膜的制作工艺改善,可以把膜做的非常薄。然后提高机械性能,让膜做的更薄,最后加进去一些自由基催化剂,基本上让膜的寿命能够满足现在商业化产品的需要。

在催化剂方面,用了碳载铂以后,可以成功把催化剂10微克降到1微克这样的数量级,然后进一步控制催化剂的使用量。使用高比表面积的碳载铂,性能提高,再加上高温处理,使得催化剂的稳定性得到了很大的提高。

在气体扩散层方面,南科团队采用的是碳纸,大概一百多微米到两百个微米气体扩散层。最新的研究发现,如果把气体扩散层能够降到一百个微米的话,燃料电池的电流可以很容易达到2.5安培到3安培的数量级,所以后面的发展很可能要朝着更薄的气体扩散层发展。

膜电极的技术飞跃就是CCM的创新,把电极涂在膜上,使得催化剂的量更容易降低,这是一个技术上的飞跃。膜电极的制作上,像巴拉德早期的技术全部是膜电极做好了以后,把封边用硅胶全部封起来,这样一个技术,这个过程里面有好几分钟的时间,所以是不利于规模化生产。现在这个技术基本上都是朝着规模化方向来发展。

双极板有两个路线,一个是金属双极板,一个是石墨双极板。石墨双极板的发展也是最早期的时候是用烧结石墨,后来这种技术基本上不用了。现在用的最多的就是柔性石墨,冷冲压,把它冲压成双极板。因为材料的限制,不能做的特别薄。最新的发展,以日本为代表的碳复合材料,碳复合材料是碳粉加树脂,热成型,这样把石墨双极板基本做到金属双极板厚薄比较接近的程度。

在系统上的重要进展,就是氢气循环泵的使用。氢气循环泵的使用使燃料电池的寿命增加很多。大部分车用的电池都是大概在100%的加湿,我们是需要一个空气压缩机,把空气的压力提高在0.1兆帕左右这样一个压力,电流操作密度基本上是1-1.2安培,这是大部分燃料电池现有的技术状态。

根据过去燃料电池技术的发展,王海江院士表达了对燃料电池未来发展的一些看法。其中质子交换膜,现在是15微米,将来要朝更薄发展,比如10微米。膜薄了以后,电阻就会下降,水管理就会提高,很有可能薄的这个膜,外部的加湿器就不需要。另外就是阴极催化剂,希望这个载体一定要高温处理,让它的抗氧化性提高,这样可以提高寿命。碳纸的发展方向,像一些巴拉德倾向于用比较薄的碳纸,比如100微米的碳纸,可以大大提高气体扩散的性能,以至于把电流密度可以提高到2-3安培中间。

另外一个方向,王海江院士认为金属双极板是能量密度高的双极板,石墨双极板是长寿命的双极板,但是只提高能量密度,不提高寿命,仍然不能作为一个产品来使用。相信在今后几年里面,金属双极板可能会慢慢退出燃料电池产业化的市场。石墨双极板会占有一定的优势。

王海江院士认为在后面的发展里面,系统是要大的简化。其中一个就是加湿器,很可能要去掉加湿器。另外就是材料上的发展,比如气体扩散就非常快,我们在高电流的时候也不会有扩散的影响。我们很可能在慢慢的往低压这个方向走,在这种情况下,一些只做加湿器或者只做空压机的公司会慢慢出局。另外一个重要的发展就是电流密度将来肯定是在2.5-3安培。

南科团队在过去3年成立了三家公司,这三个公司是布局从燃料电池核心材料、电堆一直到系统。核心材料方面,南科团队现在已经有气体扩散层的生产设备。今年就开始规模化的生产,一年产能是10万平米。另外是10微米的质子交换膜,同时也在开发催化剂。电堆的这个公司目前是膜电极的批量化生产,南科团队有30千瓦、60千瓦、90千瓦电堆的产品。系统方面,南科团队近期将完成45千瓦和60千瓦燃料电池系统的开发工作。

由于核心材料、电堆和系统都是自主开发,使得系统匹配程度高,满足技术上的合理性与优越性。南科产业化团队打造燃料电池的核心关键环节,布局从核心材料、电堆到系统产业链,实现高效率、高性能、高性价比燃料电池系统,推动燃料电池规模化、产业化发展。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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