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“2021中国汽车产业发展(泰达)国际论坛”近期在天津市滨海新区召开,中国工程院院士衣宝廉在会上表示,燃料电池汽车的产业化是氢能应用的突破口,要坚持自主创新,突破卡脖子技术,实现关键材料与部件的批量生产,大幅度降低燃料电池车、加氢站建设和氢源的成本,尽快实现燃料电池汽车的产业化。
(来源:微信公众号“氢能促进会”ID:gh_32c900105c44 作者:氢促会)
衣宝廉首先指出,在实现“双碳”目标背景下,必须大力发展可再生能源,利用可再生能源电解水制备绿氢,既可以实现储能和可再生能源的再分配,又能实现难于脱碳领域(如交通、冶金、建筑等领域)的脱碳。“要实现燃料电池汽车产业化,必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气成本,同时降低加氢站的建设费用。”衣宝廉认为。
在降低燃料电池电堆的成本方面,衣宝廉提出四点要求:一是提高电堆的比功率;二是实现关键材料,电催化剂、质子交换膜、双极板、膜电极三合一和电堆批量生产;三是依据工况和电堆适宜的运行条件制定控制策略,确保电池系统的可靠性与耐久性;四是燃料电池的PEMFC典型极化曲线,它由欧姆极化、扩散极化、化学极化三部分反映出,降低这三个极化,才能够大幅度提高燃料电池堆的比功率。
衣宝廉认为,解决燃料电池批量生产问题来大幅度降低燃料电池成本,使它能够接近锂电池电动车成本,这样燃料电池车就可以在重载和长途运输车方面实现产业化。
衣宝廉指出,还需要创新驱动来解决燃料电池的技术发展,实现燃料电池乘用车和商用车的商业化。“一方面要简化电池系统和电堆结构,降低燃料电池发动成本和延长电堆寿命。”衣宝廉说,“另一方面要研发高温膜和抗毒的阳极电催化剂,降低氢气成本。”
有关氢源问题,衣宝廉重点介绍了SOEC电解、质子膜电解和碱性电解三种电解水制氢方法。“我国碱水电解法是世界上售价最低的,”衣宝廉强调,“大连化物所发展燃料电池的同时就开始发展电解水制氢、制订碱水电解,进而搞了质子交换膜电解,现在已经做到300千瓦电解槽,并与阳光电源签订了合作协议。”
针对长距离输氢问题,衣宝廉建议:利用三北地区丰富的水电、风电、太阳能发电,大力发展质子交换膜电解水制氢,送入天然气管网,在需要氢气的地方,当氢浓度大于5%时,可采用膜分离从天然气氢混合物中提取纯氢;当氢浓度低时,可抽取等热值天然气进行重整制氢。在近海地区发展海上风电,电解水制氢,利用氢气管道,输送海港,将氢液化作为商品,也可用列管车送至附近的加氢站。此外,加氢站也可以建立电解水制氢装置和天然气重整制氢装置。
关于氢安全问题,衣宝廉主张要做廉价的、可靠的氢气传感器,同时不管是室内和室外,在氢气可能泄漏的地方都加上氢气传感器和联动风机。以此来确保室内外,特别是加氢站和制氢场所的氢安全。
最后,衣宝廉总结,实现燃料电池关键材料和部件的产业化并批量生产,同时提高电堆的比功率就可以大幅度降低燃料电池发动机的成本,进而降低燃料电池车的成本。
一要技术创新,简化电堆结构和电池系统,采用超低铂有序化电极化大幅度降低铂用量,将燃料电池车的成本降到锂离子电动车水平,并实现乘用车商业化。
二要大力发展可再生能源电解水制备绿氢,采用天然气或纯氢管网输送氢气,加氢站加的氢可降至每公斤30元以下,车的运行费用就可以和燃油车竞争。
三要实现氢气压缩机,高压储氢瓶和加氢机等国产化和批量生产,建油、氢、电合建站,大幅度降低加氢站的建设费用,当加氢站达到一定密度,再示范商业化乘用车。
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