登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
图1 燃料电池电动车样车图片
燃料电池技术以及燃料电池电动汽车经过一百多年的研究和实际应用,在技术上已经积累了较多的经验,燃料电池产业化的脚步也越来越近[7]。2009年9月,戴姆勒、通用、福特、丰田、本田、日产和现代7大整车企业联合签名表示继续发展燃料电池电动汽车。国外的整车企业做好了燃料电池产业化的准备,而我国的燃料电池电动汽车大部分仍停留在汽车行业、研发部门,燃料电池技术在国内也并未对周围的环境,提升能源利用效率、改善能源结构等产生影响。种种迹象表明,仍有许多因素影响我国燃料电池产业化的步伐。
二、质子交换膜燃料电池基础
1839年,英国科学家Grove首次提出了燃料电池的原理。燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧还原反应将燃料的化学能直接转化为电能的装置,如图2所示。只要连续不断地向燃料电池两极输入燃料和氧化剂,燃料电池就会持续的工作,即不断的提供电能,这也是与锂离子电池的区别。燃料电池的工作原理如下:
阳极:H2 → H+ + 2e
阴极:O2 + 2H+ + 2e → H2O
总反应:2H2 + O2 → 2H2O
根据图2的示意图,可以将PEMFC的结构划分为催化剂、碳纸、气体扩散层、质子交换膜、集流板等主要组件。燃料电池电动汽车是基于燃料电池系统提供的动力驱动,而燃料电池系统中的核心零部件为电堆,即通过将单片燃料电池集成于一体,以便于输出高压和高功率。电堆是建立在单片PEMFC的基础上,核心零部件未发生变化。但上述零部件均会对电堆的性能、寿命以及低温启动特性产生影响。在20世纪60年代,美国国家航空航天局(NASA)首次将PEMFC应用于航天飞船上作为辅助电源,为人类登月做出积极贡献,随后因为寿命问题限制其在航天中的应用。我国虽对上述零部件有较大的研究进展,包括燃料电池电催化剂、质子交换膜、碳纸、膜电极组件、双极板等关键材料方面均已取得技术突破,但部分零部件尚未完全自主化[11-13]。这里的自主化不仅仅是指生产工艺,还有产品及零部件本身的性能,部分自主化后的零部件性能仍与国外存在差距。
图2 燃料电池工作原理示意图
其中,由于添加燃料的不同氢气(H2)、甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)等、电解质的差异(酸性、碱性、熔融盐和聚合物等)和工作温度的不同均会影响燃料电池的分类。在以上燃料电池中,以PEMFC的应用范围最广,研究最为成熟。如表1所示,PEMFC具有燃料电池的通性,如转换效率高、噪音小、无污染等优点;通过集成单片燃料电池形成电堆,以实现输出高电压、强电流密度的特点[12]。PEMFC的应用主要集中在3个方面:①固定领域,为公共场所提供热能和电力,分散式发电;②便携式领域,应用于便携式电子设备和通信设备以及高精密仪器;③运输领域,为运输工具供应电力,如图3所示。
表1 燃料电池与传统发动机的对比
图3 燃料电池的应用
除了燃料电池电堆本身的结构影响,其燃料也会对燃料电池产生影响。PEMFC系统使用的燃料为H2,氢元素是地球上最丰富的元素,但氢气不以单独的形式存在于地球上,主要有其他物质加工产生。常见的富氢物质有水、石油、天然气和各种生物质等。常见的制氢方法有:①电解水制氢;②甲烷重整制氢;③石油裂解的合成气和天然气制氢;④工业合成副产物制氢等。燃料电池作为清洁能源装置,同时对燃料来源也有要求,上述方法在不同程度上仍会对环境产生影响,仅是将传统内燃机的尾气排放调至燃料的生产阶段而已。在这个过程中,燃料电池仍会被视为昂贵、低效和污染环境的装置。实际上,电解水的电力来源未必是来自火力发电,新型的风能、太阳能也可以产生电力分解水,而这个过程是绿色无污染的。
三、燃料电池产业化影响因素
PEMFC产业化在国内外面临着相同的问题,即降低燃料电池的成本、提高燃料电池的效率和增强燃料电池耐久性。图4为美国阿贡国家实验室PEMFC系统模型,可以看出,通常将燃料电池单体按照一定的方式组合成燃料电池电堆,并配置相应的辅助设备,同时在燃料电池控制单元的控制下,实现燃料电池的正常运行,电堆和辅助系统共同构成了燃料电池系统。辅助系统主要包括空压机、膜加湿器、氢气循环泵、压力调节器、系统控制单元和相关阀件。
影响电堆性能的结构主要有以下几个方面:①电堆是燃料电池系统的主要元件,包括电极、质子交换膜、双极板、气体扩散层、端板等组件。其中,电极、质子交换膜和气体扩散层3层集成在一起形成膜电极,它是电堆的主要部件;②电极是质子交换膜和气体扩散层间具有电传导性的一层加压薄层,也是发生电化学反应的地方;③电极催化剂的含量决定着电堆的成本和工作效率。当催化剂铂(Pt)的含量增高时,电化学活性接触面积增加,电堆的电流密度也会随之增加;当接触面积增加到一定程度后,电流密度不再增加;④质子交换膜是阴极催化层和阳极催化层之间的一层薄膜,是氢质子传导的介质,质子交换膜的性能直接影响整个电堆的性能。常用质子交换膜以美国DuPont公司生产的Nafion系列全氟磺酸质子膜为主,此外,质子交换膜的厚度也会影响系统的开路电压及其结构强度;⑤双极板用于支撑膜电极,并收集单电池电流。常见材质为石墨,现有被金属板取代的趋势。双极板的流场结构对电堆的水热管理、低温启动有着显著影响。所有的单电池通过双极板串联在一起,提供满足车用动力需求的电功率。
上述零部件仅是基于电堆结构的分析,氢能问题仍需值得关注。在“质子交换膜燃料电池基础”提到氢气的制备方法,关于氢气的储存和运输,以及氢安全方面,我国在这方面的工作仍存在不足。
1.加氢站
加氢站是给燃料电池汽车提供氢气的基础设施。自从2015年开始,氢燃料汽车首次在加州销售,在过去3年里,加州有35座加氢站向氢能源汽车提供加氢服务。截至目前,美国共有39座加氢站在运营中,计划2023年将建设超过100个加氢站。目前全球正在运营的274座加氢站中,有106座位于欧洲,101座位于亚洲,64座位于北美,2座位于南美,1座位于澳大利亚。而我国截止到2017年底,国内运行加氢站仅有6座。加氢站的普及和商业化运营也有助于促进燃料电池电动汽车的普及。
2.储氢
储氢是在氢气的运输以及车载氢气需要结构安全、符合国际国家标准的储氢装置。在氢气的运输以及车载氢气需要结构安全、符合国际国家标准的储氢装置。传统储氢方法有2种,一种方法是利用高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气,但钢瓶储存氢气的容积小,而且还有爆炸的危险;另一种方法是储存液态氢,但液体储存容器非常庞大,需要性能极好的绝热装置来隔热。近年来,一种新型简便的储氢方法应运而生,即利用储氢合金(金属氢化物)来储存氢气。事实证明,高压储氢相对于其他方式更为可靠。这同样对储氢容器提出耐高压、安全可靠的要求。
3.法规标准
国外有关氢能技术规范和标准方面的活动十分活跃,特别是美国、欧盟、日本等发达国家都很重视氢能技术规范和标准的制定以及与技术的同步协调发展工作,同时也非常注重国际间的合作并极力将本国氢能技术规范和标准国际化。发达国家的标准体系已日趋完善,发达国家介入氢能的标准组织主要有国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、美国机械工程师协会(ASME)、氢能法规和标准协调委员会(HCSCC)、电气和电子工程师协会(IEEE)和自动化工程师协会(SAE)等。自1985年GB/T 4962氢气使用安全技术规程发布以来,我国已有20年有关氢能标准化的历史,已发布的标准包括产品、安全使用、氢氧站设计、制氢储氢等方面的测试方法和技术条件等国标和行标。
2017年,我国集中公布了一批标准法规,其中包括8项氢能领域的标准。我国已初步建立氢能标准体系,燃料电池氢能相关标准体系也在完善过程中。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
据北极星氢能网不完全统计,2025年2月,国家以及各地方共出台16条氢能政策。从国家层面来看,在国家能源局印发《2025年能源工作指导意见》中指出,加强氢能、绿色液体燃料等领域标准供给,稳步发展可再生能源制氢及可持续燃料产业,稳步推动燃料电池汽车试点应用,有序推进全国氢能信息平台建设,稳妥
据北极星氢能网不完全统计,2025年1月,国家以及各地方共出台20条氢能政策。其中,国家级政策就有5条提及氢能,涉及氢能各个领域。此外,氢能免高速费的省份在添一军,河南连续发布两条政策明确了氢货车和电动货车减免高速费的一系列流程。值得注意的是,在北京发布的汽车以旧换新实施方案中也指出氢能
据外媒报道,当地时间3月20日下午1时20分许,韩国蔚山市南区乐天SK能源氢燃料电池发电厂建筑工地在施工过程中突发爆炸,两名工人因面部和腿部二度烧伤被送往医院,目前正在专科医院接受治疗。据当地相关部门透露,爆炸发生时,现场工人称听到“巨响。当时工人正在给一条直径15厘米、长40米的输氢管道进
北极星氢能网获悉,有投资者在投资者互动平台提问和顺电气,贵公司氢燃料电池项目进展如何?氢燃料电池投产了没有?氢燃料电池还是局限于PPT?和顺电气3月17日在投资者互动平台表示,公司已建成氢燃料电池研发实验室和中试产线,具备燃料电池关键部组件、电池堆及系统集成研发和批量生产能力,所开发出
北极星氢能网获悉,近日,国家知识产权局信息显示,深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司和深圳市雄韬电源科技股份有限公司联合申请了一项发明专利,涉及一种热能自适应循环燃料电池电堆结构。该专利于2025年3月18日公布,旨在提升燃料电池性能一致性及寿命。专利摘要显示,本申请涉及一种热能自适应循环燃
北极星氢能网获悉,3月5日,北京市生态环境局等7部门联合发布《北京市促进国四及以下排放标准老旧货车和大中型客车报废更新实施细则》(以下简称《细则》),鼓励全市国四及以下排放标准老旧货车和大中型客车等报废更新。根据不同报废更新车辆类型,可申领补贴6000元至17万元不等。本实施细则给予补贴
北极星氢能网获悉,3月20日,由中国产业发展促进会氢能分会联合30余家氢能产业龙头企业和科研院校共同编写的《中国氢能技术发展研究报告2024》(简称《报告》)在京发布。《报告》着眼于我国氢能全产业链技术发展现状与趋势,围绕氢能“制储输用”各关键环节,从技术发展现状、不同技术路线对比、核心
北极星氢能网获悉,近日,广东石油下属广东力源有限公司商品检验检测分公司获得CMA认证(中国计量认证),成为销售企业首个具备质子交换膜燃料电池汽车用氢气全项分析检测资质的单位。广东石油加快氢能检测技术攻关,依托中国石化“十条龙”科技攻关项目,联合石科院于2022年12月建成华南地区首座车用
近日,松原市交通运输局与中车长客股份公司就“十五五”氢能交通发展规划和氢能源电子导向列车项目召开座谈会,双方就项目的技术细节、运营模式、配套设施建设等方面进行了研讨。座谈中,中车长客股份公司市场经理详细介绍了氢能源电子导向列车的技术优势、运营案例以及在松原落地的初步规划。松原市交
北极星氢能网获悉,山西省工业和信息化厅发布《山西省重点产业链能级跃升2025年行动计划》。行动计划指出,力争到2025年底,山西省级产业链整体营收突破8000亿元,链主企业达到45家以上,链核企业突破120家,产业链企业突破800家;产业集群和产业链融合发展取得新进展,产业链现代化水平进一步提升,上
北极星氢能网获悉,近日,国家知识产权局信息显示,东旭科技集团有限公司公布了3项发明专利,分别是氢燃料电池防阴极水堵系统及控制方法、高熵合金材料及其制备方法和应用以及膜电极及其制备方法和应用。涉及冶金领域,旨在提高氢燃料电池系统的稳定性和提升材料的储氢性能。氢燃料电池防阴极水堵系统
北极星氢能网获悉,近日,广东石油下属广东力源有限公司商品检验检测分公司获得CMA认证(中国计量认证),成为销售企业首个具备质子交换膜燃料电池汽车用氢气全项分析检测资质的单位。广东石油加快氢能检测技术攻关,依托中国石化“十条龙”科技攻关项目,联合石科院于2022年12月建成华南地区首座车用
北极星氢能网获悉,3月20日,由中国产业发展促进会氢能分会(简称“氢能促进会”)联合30余家氢能产业龙头企业和科研院校共同编写的《中国氢能技术发展研究报告2024》(简称《报告》)在京发布。《报告》着眼于我国氢能全产业链技术发展现状与趋势,围绕氢能“制储输用”各关键环节,从技术发展现状、
北极星氢能网获悉,3月14日,国家知识产权局信息显示,上海纳尔实业股份有限公司公开了一项关于PEM制氢膜电极组件及其制备方法的发明专利,涉及电解工艺及设备领域。专利摘要显示,本发明涉及PEM制氢膜技术领域,具体一种PEM制氢膜电极组件及其制备方法。步骤1:根据质子膜的尺寸对基膜进行裁剪得到阴
北极星氢能网获悉,据3月12日中国证券监督管理委员会信息,山东东岳未来氢能材料股份有限公司(下称“东岳氢能”)再次在山东证监局重新进行了IPO辅导备案,此次上市辅导机构也由中信建投更换为中信证券。据悉,3月11日,东岳氢能的辅导状态由“辅导备案”变为“撤回辅导备案”。此次更换辅导机构后,
北极星氢能网获悉,近日,哈尔滨工业大学深圳校区前沿学部理学院副教授陶有堃课题组在质子交换膜水电解制氢(PEMWE)阳极电催化领域取得重要研究进展,研究成果以《通过引入钨-氧桥联解决铱镍氧电催化剂重构的活性-稳定性难题》(Tacklingactivity-stabilityparadoxofreconstructedNiIrOxelectrocataly
近日,由上海氢器时代科技有限公司(简称“氢器时代”)自主研制的新一代Bristack-P300质子交换膜(简称“PEM”)电解槽完成了性能测试验证,并顺利通过德国TV莱茵的现场认证。Bristack-P300电解槽在15000A/m2额定电流密度下,直流电耗低至3.946kWh/Nm3,电流效率高达98%,领跑行业水平。这是此前Brist
1月2日,中国能建中电工程黑龙江院中标大庆市40兆瓦氢燃料电池发电项目EPC总承包工程。该项目位于黑龙江省大庆市,装机容量40兆瓦,由40套1兆瓦发电子系统组成,采用并网发电模式运行,计划2025年底建成投产。相较于传统火力发电厂和其他类型调峰电站,项目采用质子交换膜燃料电池发电机组,具备更强的
北极星氢能网获悉,11月20日,德国于利希研究中心研发一种新型储氢系统,无需高温和催化剂来释放氢气,具有经济性和操作性。该成果发表在《先进能源材料》(AdvancedEnergyMaterials)上。传统的液态有机氢载体(LOHC)系统虽然提供了一种储存氢气的方法,但通常需要高温和催化剂来实现氢气的释放,限
12月23日,20Nm3/h质子交换膜(PEM)电解槽试验装置应用示范项目制氢集成化撬装设备采购中标结果公示,中标人鹭岛氢能(厦门)科技有限公司,中标价格2290000.00元。
12月18日,中国能建发布20Nm3/h质子交换膜(PEM)电解槽试验装置应用示范项目制氢集成化撬装设备采购中标候选人公示,中标候选人基本情况如下:第一中标候选人:鹭岛氢能(厦门)科技有限公司,投标报价2290000.00元第二中标候选人:四川亚联氢能科技股份有限公司,投标报价2960000.00元第三中标候选人
北极星氢能网获悉,12月4日,广东联合产权交易中心发布广东广晟氢能有限公司增资项目,拟募集资金总额3200万元以上。据资料显示,广晟氢能是广东省首个以氢能为主导产业的省属国企控股企业、首个以燃料电池全产业为主营业务的省属国企、全国首个质子交换膜燃料电池与固体燃化物燃料电池技术交叉协同发
据外媒报道,当地时间3月20日下午1时20分许,韩国蔚山市南区乐天SK能源氢燃料电池发电厂建筑工地在施工过程中突发爆炸,两名工人因面部和腿部二度烧伤被送往医院,目前正在专科医院接受治疗。据当地相关部门透露,爆炸发生时,现场工人称听到“巨响。当时工人正在给一条直径15厘米、长40米的输氢管道进
北极星氢能网获悉,有投资者在投资者互动平台提问和顺电气,贵公司氢燃料电池项目进展如何?氢燃料电池投产了没有?氢燃料电池还是局限于PPT?和顺电气3月17日在投资者互动平台表示,公司已建成氢燃料电池研发实验室和中试产线,具备燃料电池关键部组件、电池堆及系统集成研发和批量生产能力,所开发出
北极星氢能网获悉,3月5日,北京市生态环境局等7部门联合发布《北京市促进国四及以下排放标准老旧货车和大中型客车报废更新实施细则》(以下简称《细则》),鼓励全市国四及以下排放标准老旧货车和大中型客车等报废更新。根据不同报废更新车辆类型,可申领补贴6000元至17万元不等。本实施细则给予补贴
近日,松原市交通运输局与中车长客股份公司就“十五五”氢能交通发展规划和氢能源电子导向列车项目召开座谈会,双方就项目的技术细节、运营模式、配套设施建设等方面进行了研讨。座谈中,中车长客股份公司市场经理详细介绍了氢能源电子导向列车的技术优势、运营案例以及在松原落地的初步规划。松原市交
北极星氢能网获悉,山西省工业和信息化厅发布《山西省重点产业链能级跃升2025年行动计划》。行动计划指出,力争到2025年底,山西省级产业链整体营收突破8000亿元,链主企业达到45家以上,链核企业突破120家,产业链企业突破800家;产业集群和产业链融合发展取得新进展,产业链现代化水平进一步提升,上
北极星氢能网获悉,近日,国家知识产权局信息显示,东旭科技集团有限公司公布了3项发明专利,分别是氢燃料电池防阴极水堵系统及控制方法、高熵合金材料及其制备方法和应用以及膜电极及其制备方法和应用。涉及冶金领域,旨在提高氢燃料电池系统的稳定性和提升材料的储氢性能。氢燃料电池防阴极水堵系统
北极星氢能网获悉,3月18日,国家知识产权局信息显示,中车长春轨道客车股份有限公司申请一项名为“一种适用于磁悬浮轨道车辆的氢能动力系统”的专利,公开号CN119636820A,申请日期为2025年1月2日。专利摘要显示,本发明提供一种适用于磁悬浮轨道车辆的氢能动力系统,包括储氢系统、氢燃料电池系统、
北极星氢能网获悉,3月19日据外媒报道,荷兰氢能生产商HyERPower正在开发荷兰首座氢能发电供热一体化工厂,HyER发电厂将安装在Vlissingen的创新中心KAAP,该工厂计划于年底运营。HyERPower开发的是一种氢动力系统来产生热量和电力,该工厂将结合热泵、燃料电池系统和储能技术,为企业的电力和热力需求
地处长三角腹地的常熟高新区,正以制造业的深厚底蕴为基石,悄然酝酿着一场氢能产业的发展浪潮。据悉,常熟高新区的氢能产业,得益于汽车零部件产业基础雄厚,为氢能产业的发展提供了有力支撑。丰田、重塑、治臻、捷氢等40余家氢能企业安家落户,投资项目超50个。区内的重塑科技是上海重塑在华东地区的
孝义经济开发区作为山西重要的工业基地,加速传统产业智能化、绿色化升级改造,推进新兴产业培育壮大,发展形成了煤炭、焦化、氧化铝等强大的传统优势产业集群。据悉,孝义区不断强化科技赋能,推动氢能、碳基新材料、铝镁新材料、固废综合利用、白酒五大新兴产业蓬勃发展。氢能产业已初步构建“气—站
北极星氢能网获悉,浙江嘉兴日前印发《嘉兴市推动经济高质量发展若干政策(2025年版)》。通过最新政策获悉,嘉兴市不断加快构建嘉兴特色现代化产业体系,紧紧围绕“135N”先进制造业集群发展,培育壮大新兴产业,积极前瞻布局未来产业,推动“两化”改造提速提质提效,推动历史经典产业高质量传承发展
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!