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    燃料電池汽車的現(xiàn)狀與未來

    發(fā)布時(shí)間:2010年07月16日 00:00 作者:老顧の部落格 來源:新浪博客

    1、燃料電池汽車的開發(fā)現(xiàn)狀

     

       1)概況

     

       由于燃料電池汽車,尤其氫燃料電池汽車可以實(shí)現(xiàn)零污染排放,驅(qū)動系統(tǒng)幾乎無噪音,且氫能取之不盡、用之不竭,使燃料電池汽車成為近年來汽車企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。為了獲得競爭優(yōu)勢,各國紛紛出臺政策,加速推進(jìn)燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。2008年5月20日,歐洲議會通過《氫能源和燃料電池聯(lián)合技術(shù)發(fā)展計(jì)劃》,提供10億歐元科研經(jīng)費(fèi),用于燃料電池技術(shù)的研究。英國、德國、法國等也在近期加大了對氫燃料電池的研發(fā)資助力度。在美國,能源部制定的“氫計(jì)劃”,在未來5年內(nèi)投入30多億美元開發(fā)氫燃料技術(shù),逐步加大燃料電池汽車的市場份額。

     

       預(yù)計(jì)到2010年,世界燃料電池汽車將發(fā)展到4萬輛,其市場構(gòu)成比例分別為:歐洲占40.5%,美國占38.0%,日本約占20.3%。

     

       在我國,燃料電池汽車是“十五”期間全國12個(gè)重大研究專項(xiàng)之一。其中,質(zhì)子膜關(guān)鍵技術(shù)被列為山東省第一號科技攻關(guān)項(xiàng)目,取得了重大突破。遼寧新源動力股份有限公司承接國家“863”重大科研項(xiàng)目,研制了200KW、110KW、60KW、30KW、10KW、5KW燃料電池系統(tǒng)、燃料電池電站、便攜式電源等產(chǎn)品。在“十一五”期間,我國將繼續(xù)加大對燃料電池汽車的研發(fā)投入,推動核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。與汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比,我國發(fā)展新能源汽車雖然起步不晚,但國內(nèi)汽車企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)并不先進(jìn),存在核心技術(shù)“卡殼”的瓶頸,使國產(chǎn)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化面臨諸多挑戰(zhàn)。

     

       2)日本的發(fā)展路線

     

       日本燃料電池的開發(fā)基本上由政府計(jì)劃和引導(dǎo),并且號稱在燃料電池汽車諸多領(lǐng)域取得領(lǐng)先。從日本新能源開發(fā)組織(NEDO)制定的分階段發(fā)展路線和關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)(表1)中,我們不僅看到燃料電池的發(fā)展?jié)摿芫哂形Γ瑫r(shí)也能衡量出我們存在的差距。結(jié)合我國政府制定的發(fā)展計(jì)劃和行業(yè)發(fā)展水平,也許能幫助我們推測出燃料電池公交汽車走進(jìn)我國城市生活的大體日程。

     

    日本NEDO制定的分階段發(fā)展路線和關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)

       表1 日本NEDO制定的分階段發(fā)展路線和關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)

     

       注:①資料來自“NEDO氫燃料電池技術(shù)開發(fā)路線(2008版)”。

     

       ②目前1萬日元≈700元。

     

       ③耐久性指標(biāo)中,1h≈48km。

     

       2、 燃料電池汽車技術(shù)動向與課題

     

       1)小型化

     

       燃料電池組的小型化對增大公交汽車的有效利用空間意義重大,是整車制造企業(yè)優(yōu)先考慮的課題,也是公交汽車用戶普遍關(guān)心的問題。影響燃料電池體積的技術(shù)指是“輸出功率密度/體積(W/L)”。日本規(guī)定輸出功率密度與體積之比達(dá)到2 kW/L這一水平才能認(rèn)定為小型化。并將燃料電池隔膜材料及工藝的研究列為重點(diǎn)課題之一。

     

       2)續(xù)駛里程

     

       氫燃料電池汽車與純電動汽車同樣面臨續(xù)航能力的課題,目標(biāo)是使其具有象傳統(tǒng)燃油汽車那樣的便利性。國外最近成功研發(fā)了具有代表性的70 MPa車載氫貯存裝置,一次加注氫燃料后的續(xù)駛里程可達(dá)到830 km。這標(biāo)志著燃料電池公交汽車的續(xù)駛里程能夠隨著燃料電池汽車的發(fā)展同步提高。況且,公交汽車的行駛范圍更便于加注燃料。

     

       3)低溫起動性

     

       氫燃料汽車的低溫起動性能限制了汽車的應(yīng)用范圍,一直作為一個(gè)技術(shù)難題受到行業(yè)關(guān)注并持續(xù)進(jìn)行全力破解。可喜的是,目前國外已有少數(shù)企業(yè)突破了這一技術(shù)瓶頸,號稱-30℃寒冷環(huán)境下的低溫起動性能已經(jīng)通過了試驗(yàn)與驗(yàn)證。但-40℃的低溫起動目標(biāo)尚未突破。

     

       4)耐久性

     

       燃料電池汽車的耐久性集中在燃料電池上。日本豐田汽車公司發(fā)表了燃料電池的膜-電極接合體(MEA:Membrane Electrode Assembly)4階段耐久性改善計(jì)劃,在系統(tǒng)泄漏、觸媒電極退化導(dǎo)致的電壓下降等關(guān)鍵材料和技術(shù)方面分階段提高,使系統(tǒng)的耐久性大幅改善。技術(shù)目標(biāo)為:燃料電池系統(tǒng)性能下降至30%時(shí)的壽命提高至25年;系統(tǒng)性能下降至10%的壽命提高至15年。在防止燃料交叉泄漏方面也將實(shí)現(xiàn)突破性改善。

     

       影響燃料電池材料(MEA)使用壽命和性能的一個(gè)重要的關(guān)聯(lián)要素是氫燃料的純度。目前國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氫純度為99.99%,并且對CO和硫磺成分的混入量提出了嚴(yán)格限制標(biāo)準(zhǔn)。上述不良成分對燃料電池的影響極大,然而高純度氫的制取與氫生產(chǎn)成本互為矛盾,需要二者合理兼顧。所以,在氫燃料達(dá)標(biāo)范圍內(nèi)提高燃料電池的使用壽命便成了永久的課題。

     

       5)降低成本

     

       成本是推廣燃料電池汽車的最大障礙。在取得電池組小型化、提高續(xù)駛里程、改善低溫起動性能、滿足耐久性使用要求的前提下,降低成本、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商品化成為必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)續(xù)駛里程830 km的目標(biāo),將貯氫罐的耐壓能力由35 MPa提高到70 MPa,采用碳纖維材料制作耐高壓貯氫罐將使成本大幅增加。

     

       除此之外,降低燃料電池的外圍設(shè)備的成本也不可忽視。比如,研制高溫、低溫?zé)o需加濕條件也可運(yùn)轉(zhuǎn)的電池組;實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)、加濕裝置等外圍設(shè)備的簡單化、低成本化等。

     

       日本提出,到2030年使燃料電池成本降低至目前的1/100;整車售價(jià)由目前的數(shù)千萬日元降低到數(shù)百萬日元。到2020年,使燃料電池汽車的售價(jià)與普通汽車價(jià)格相當(dāng)。

     

       6)氫燃料的回收

     

       從降低氫燃料消耗的理念出發(fā),燃料電池排出口的氫燃料回收再利用技術(shù)同樣引起重視。為此,在氫燃料中保有適量非活性的氦氣,也是氫燃料制取中需要考慮的課題。

     

       通過以上分析可以看出,以氫為動力的燃料電池汽車是最理想的新能源汽車,但面臨的技術(shù)門檻和經(jīng)濟(jì)性障礙仍需要一定的時(shí)間才能逐一攻破。從目前的研發(fā)水平看來,世界級的領(lǐng)先企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)取得了研制新一代燃料電池汽車的技術(shù)途徑,核心技術(shù)則聚焦在降低成本和提高壽命上,這些問題一旦得到解決,燃料電池汽車即可“破繭成蝶”,燃料電池公交汽車也將同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并進(jìn)入城市公共交通體系。

     

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