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连线|《Science》刊发我国学者燃料电池重大研发成果,意味着什么?

2020-07-13 09:12
香橙会
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以下是香橙会研究院氢能行业周报及点评(0706-0712)。本周最受关注的事件,是国际著名期刊《Science》刊发我国学者燃料电池重大研发成果,这事情意味着什么?香橙会研究院联系上该文章的通讯作者,详见内文。

《Science》刊发我国学者燃料电池重大研发成果

7月10日,世界著名期刊《科学》(Science),刊发学术论文《电场诱导异质界面金属态构建超质子传输》。中国地质大学(武汉)材料与化学学院吴艳副教授为第一作者,朱斌教授和宋怀兵副研究员为共同通讯作者。这是我国科技工作者在能源领域取得的又一重大原创性研究成果。

中国地质大学(武汉)燃料电池创新研究团队,一直致力于低温、高性能燃料电池研究,聚焦高质子电导率电解质的开发,历经多年的不懈探索,经过反复试验论证,首次通过半导体异质界面电子态特性,把质子局域于异质界面,设计和构造具有最低迁移势垒的质子通道。

在传统质子传导材料里,质子需要克服巨大的能垒,通过氧空位跳跃前行。本研究如同给质子修建高速公路,即利用半导体异质界面场诱导金属态,助推超质子实现又快又好地“跑起来”,从而获得优异的电导率。这与传统电解质材料电导率相比,提升了3个数量级,并且实现了先进质子陶瓷燃料电池的示范。

半导体异质结构和场诱导加速离子迁移,是能源科学领域具有挑战性的研究课题,该研究成果为优良质子传输材料和应用,提供了创新思路,为质子限域传输提供了科学方法,为燃料电池研发应用插上了翅膀。

香橙会研究院点评:从固体氧化物(SOFC)材料设计的基础上分出来一个质子陶瓷燃料电池(PCFC)的概念,是个很好的方向。

香橙会研究院联系上朱斌教授。朱斌教授原为瑞典皇家工学院教授级高级研究员;英国拉夫堡大学教授。

说朱斌教授之前,先说日产的SOFC燃料电池汽车。

2016年8月日本日产公司使用美国 SOFC 技术,推出搭载氧化物燃料电池的电动汽车,这种另辟蹊径的技术,立刻引起业界轰动。该车使用的燃料(5kW)是生物乙醇,乙醇经过简单催化产生氢和一氧化碳为燃料可以经过燃料电池转化与空气中的氧结合产生电能,从而驱动汽车(并结合车载锂电 24kW 启动)。零排放,续航里程达到惊人的 600 公里。

该车的出现,解决了纯电汽车和燃料电池汽车的商业化瓶颈——不需要充电桩,也不需要加氢站,去掉了质子交换膜燃料电池(PEMFC)昂贵稀缺的铂金,降低了生产和使用成本。车辆续航也得到了有效的保证,一箱 30 升的生物乙醇经过 SOFC 后,可以转换为车辆 600 公里的续航里程,解决了电动车续航的问题。

虽然日产公司成功地在燃料电池动力上使用了 SOFC 技术,但并没有 SOFC 的解决方案。日产公司使用的 SOFC 是基于氧化物 YSZ 陶瓷支撑的技术,十多年前由朱斌加盟的美国燃料电池联合公司转让。陶瓷不能经受快速启动,容易脆裂和热循环都是用于交通能源的致命问题。

经过朱斌博士和他的研发团队在美国公司的设计基础上经过多年研究,成功将关键技术进行了多项升级和突破,将YSZ 陶瓷发展为掺杂氧化铈,陶瓷支撑发展到金属支撑。更重要的是产品造价500-1000 人民币/千瓦。

这种新一代燃料电池的科学基础研究已经在朱斌博士 2010 年发明以来,特别是 2013 年在中国建立的百人计划团队,现在已经拓展到几个大学和两个院士团队的合作基础上开展起来。

当然这些研究还是初期的阶段,全世界做这个方向的人不超过10个课题组。

走向应用的过程是:概念(原理)-材料体系-技术路线-技术验证-工程验证-市场验证-市场推广。目前PEMFC已经在市场验证阶段,而PCFC还处在概念原理阶段。

但不管怎么说,氢燃料电池行业作为一个高科技行业,其技术创新一直在路上。

氢能部分

一、产业

1、 欧盟推出万亿级氢能投资计划 产业快速发展可期

近日,欧盟委员会副主席蒂莫曼斯牵头,正式公示了酝酿已久的《欧盟氢能战略》。为保证战略实施,欧盟计划未来十年内向氢能产业投入5750亿欧元(约合人民币4.56万亿元)。其中,1450亿欧元以税收优惠、碳许可证优惠、财政补贴等形式惠及相关氢能企业,剩余的4300亿欧元将直接投入氢能基础设施建设。

香橙会研究院点评:如此宏大的产业战略,表明欧盟遵守“巴黎协定”在减少碳排放,将氢能作为替代能源的决心,此前德国推出国家氢能战略,荷兰和比利时已经开始了一些氢能的利用项目。

二、公司

1、氢能产业巨头宣布战略合作 欧洲绿氢庞大市场引关注

德国工业巨头蒂森克虏伯伍德氯工程技术公司与美国空气产品公司近日签署战略合作协议,双方计划在关键地区展开独家合作,利用互补的技术和工程等优势共同开发绿氢项目。根据合作协议,蒂森克虏伯伍德将提供技术并在未来向AP建造、拥有和运营的水电解工厂提供特定的工程、设备和技术服务。

香橙会研究院点评:欧盟刚发布了计划庞大的《欧盟氢能战略》,把“绿氢”作为未来发展的重点。

蒂森克虏伯伍德在水电解制氢设备、工厂建设和服务方面有丰富的经验,AP是全球最大的氢气供应商,氢能供应网络成熟,液氢和加氢站技术居于领先地位,通过优势互补,大规模制氢项目的开发将推动绿氢实现更广泛应用。

燃料电池部分

一、政策

1、 车用IV型氢气瓶团体标准征求意见

近日,气瓶安全标准化与信息工作委员会发布关于团体标准《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶(征求意见稿)》公开征求意见的通知。该标准主要是规定了车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶的型式和参数、技术要求等要求;比如公称工作压力不超过70MPa、公称容积不大于450 L、贮存介质为压缩氢气、工作温度不低于-40 ℃且不高于 85 ℃等具体参数要求。

香橙会研究院点评:由于四型70MPa储氢罐技术相关管理标准没有出台,一直制约着国内研发的进展,国内外技术差距大;相关标准的出台,将推动国内行业发展与应用,目前国内做IV型瓶企业不多,主要是斯林达安科在日本展出过一款70MPaIV型储氢瓶,除此之外,京城股份和中集安瑞科公告过推进IV型储氢瓶生产。

二、产业

1、现代汽车氢燃料电池重卡出口瑞士,2025年前将出口1600辆

7月6日韩联社消息报道,现代汽车打造的10辆氢燃料电池重型卡车当天首次出口瑞士,现代方面还计划截至2025年继续对瑞士出口1600辆氢能重卡。这次出口的氢能重卡为34吨级(含拖车),匹配190kW功率的氢燃料电池系统、350kW电机,采用新研制成功的氢燃料电池冷却系统及其控制技术,单次充电可行驶400公里。

香橙会研究院点评:从美国尼古拉到韩国现代,香橙会研究院一直强调氢燃料重卡是目前最好的应用场景,国内目前氢能重卡业已开始在港区和矿区开始投放测试,未来燃料电池汽车得重卡者得天下。

三、公司

1、氢璞创能:与天津临港控股及新氢动力签订2000套氢燃料叉车动力系统

近日,氢璞创能与天津临港控股全资子公司天津临港高新技术发展有限公司及天津新氢动力签订三方合作协议,未来将在氢燃料电池叉车等领域展开深度合作。协议约定:2020-2024年,高新公司将先后从新氢动力采购其自主研发制造的氢燃料电池叉车动力系统2000套,并负责在天津港保税区内进行应用推广,提供氢燃料电池叉车应用场景。

香橙会研究院点评:普拉格能源的氢燃料电池叉车推广多年,属于比较成熟的应用市场。

上市公司

1、吉电股份(000875.SZ):与青岛海望签署协议,共推有机液体储氢技术产业化

7月8日吉电股份公告称,公司与青岛海望能源科技有限公司签署《战略合作协议》,双方将通过紧密的战略合作,在氢能储运产业联盟、氢能产业规划项目、技术研发、产业化应用等方面,形成密切的利益共同体,共同推动氢能产业发展,实现互利共赢。

香橙会研究院点评:青岛海望是依托西安交大孵化的氢能储运公司,拥有全球领先的液态有机储氢(LOHC)技术,为客户提供专业的加储氢设备和解决方案,正在推进技术的产业化和应用。目前国内氢阳能源液态有机储氢(LOHC)产业化做的比较好。

2、穗恒运A(000531.SZ):与中石化合资开发黄埔区加氢等综合能源站项目

7月9日穗恒运A发布公告称,公司与中国石化销售股份有限公司合作投资开发黄埔区综合能源站项目,首期项目(即本期)将建设东明三路、凤湖二路、埔心村等3个加油、加氢、充电、光伏发电、商业等“五位一体”综合能源站(含加氢)。

香橙会研究院点评:中石化计划在广州市黄埔区、广州开发区规划新建20座以上集加氢、加油、充电、非油、光伏发电等“五位一体”综合能源销售站,已经开始具体落地。


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