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车用燃料电池

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车用燃料电池

作者:
侯 明 衣宝廉
来源:
中国科学院大连化物所
日期:
2018/01/11 10:55
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  一、技术总体进展

  2016年是十三五开局之年,国家出台了一系列相关政策如《十三五规划》、《中国制造2025》、《能源技术创新行动计划》(2016-2030)等,意在鼓励包括燃料电池汽车在内的新能源汽车的发展,并制定了燃料电池汽车补贴条例,明确了《燃料电池汽车发展路线图》,适时颁布了《新能源汽车专项》实施规划与项目指南,这些都极大地激发了地方政府、企业、科研院所的对燃料电池汽车的研发热情,燃料电池汽车迎来了新的发展机遇。

  燃料电池乘用车、商用车、轨道交通车等都有不同程度的进展,尤其是燃料电池客车的发展表现突出。相应地,车用燃料电池技术有所提升,形成了国内技术与国外引进技术两大阵营,在完善技术链的同时,产业链也逐步开始建立,从燃料电池零部件、系统、整车都有企业在投入。

  另外资本市场也异常活跃,纷纷在寻求新的商机,这也从另一侧面对燃料电池技术发展起到了促进作用。

  国内燃料电池技术方面,催化剂、膜、碳纸等关键材料技术已经达到国际先进水平,需要建立批量生产线,促进材料的逐步国产化;燃料电池电堆的比功率得到大幅提升,接近国际先进水平,还需要进一步在提高性能同时进行工程化开发。

  燃料电池关键部件如空压机、氢气循环泵、氢瓶等还需深入进行研发,以缓解燃料电池汽车发展的瓶颈问题。

  国际上,FCV已经从技术开发阶段进入到市场导入阶段,建立生产线、降低成本和铂用量、加快加氢站建设为焦点。燃料电池发动机功率密度大幅提升,达到传统内燃机的水平。基于70MPa储氢技术,续驶里程达到传统车水平,燃料电池寿命已可以满足商用要求,低温环境适应性提高,可适应-30℃,车辆适用范围达到传统车水平。

  二、技术发展特点

  1、燃料电池膜电极及关键材料进展

  针对燃料电池催化剂贵金属Pt用量及催化剂车载工况下稳定性问题,研究人员更深入进行了低(非)Pt高稳定性催化剂探索。

  Pt与过渡金属的合金催化剂近些年来得到普遍关注,中国科学院大连化学物理研究所开发的Pt3Pd/C催化剂已经在燃料电池电堆得到了验证,其性能可以完全替代商品化催化剂。

  国际上,丰田公司的Mirai燃料电池汽车采用的是Pt3Co/C催化剂,性能可以比传统的Pt/C提高1.8倍。但Pt-M催化剂在燃料电池工况下存在过渡金属溶解问题,金属溶解不但降低了催化剂活性,还会产生由于金属离子引起的膜降解。因此,制备高稳定性的Pt-M催化剂是一个发展趋势,如结构稳定的核壳型、纳米笼、纳米线Pt基合金催化剂等。Chen等利用铂镍合金纳米晶体的结构变化,制备了Pt3Ni纳米笼结构高活性与高稳定性的电催化剂,与商业铂碳相比,Pt3Ni纳米笼催化剂的质量比活性与面积比活性分别提高36倍与22倍。

  Li等制备了锯齿状表面超精细铂纳米线(J-Pt NW)催化剂,其质量比活性高达13.6 A/mgPt@0.90V,在6000圈的加速衰减测试中,其活性基本没有损失。大连化物所Pd@Pt核壳催化剂通过两步还原法制备,所制备的催化剂粒径<10 nmPt在Pd核上形成致密Pt层,有效提高了催化剂的稳定性。

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