[摘要]由盖世汽车主办、常熟国家高新技术产业开发区指导的 “2019 全球燃料电池汽车产业论坛”11月15日在常熟国际饭店成功举行。
安徽明天氢能科技股份有限公司副总经理,同济大学汽车学院教授许思传发言,各位领导,各位专家,各位同行大家下午好,很高兴今天有这个机会跟大家一起交流,关于燃料电池技术产业化当中成立的技术问题。我把在研究当中用到的技术,怎么在产业化当中应用,以产业化当中一些比较关键的技术。
我大概分三个方面:
一,燃料电池产业现状。
我们中国加入了2030年巴黎协定,根据国际能源属的预测,要实现2030年减排目标,我们认为氢能是最有效的解决方案,利用氢能燃料电池又是最好的一个利用手段,所以我们认为氢能和燃料电池是未来的新兴产业。
在国际上氢能应该说日本、韩国、美国、欧盟都得到很大的发展,特别是日本,大家知道日本由于它这样一个地理位置和自然因素的原因,所以他们对氢能特别重视,包括说丰田,包括本田,甚至包括发电,日常应用都走在了世界前列,那么这方面我们应该说跟国际上还有一定差距。
刚才已经提到燃料电池和氢能是最佳的搭档,利用氢能,燃料电池又是最好的解决方案,其中我们说基于我们国家目前的情况,我们认为燃料电池汽车又是率先突破的一个比较关键的点。
在中国以上汽为代表的燃料电池无论是在乘用车还是轻客上都是走在比较前面的,大家如果到上海的话包括上汽开发的SCV80,已经在虹桥高铁站到安亭进行示范运行。燃料电池客车其中宇通包括北汽福田都在冬奥会上拿下了74辆燃料电池公交车订单。
从前面国内外的现状我们可以这么看,从市场的需求,包括汽车的应用,我们认为对燃料电池系统,对电堆的要求希望有高性能、低成本。从国家补贴政策我们大家可以看前一年的补贴政策,它的补贴政策应该说跟纯电动不一样,它不会突破或者说突破比较缓慢。
我们常说燃料电池汽车的补贴政策,也会跟纯电动一样,它的技术门槛要求会越来越高,基于这样一个市场的需求,车辆的需求以及政策补贴要求,我们认为在燃料电池当中对电堆大功率、高比功率和低成本,今后的技术门槛越来越高,所以我今天后面谈到一些技术问题,着重从大功率电堆开发,高比功率电堆开发以及燃料电池系统,这几个方面来向各位领导和各位专家汇报一下。
首先我们说金属双极板燕博士已经介绍过,国鸿用的石墨双极板,我们比较下来金属双极板和石墨双极板它各有各的优点,我们认为金属双极板因为基材很薄,低温启动性能比较好,我们认为金属双极板是未来乘用车用燃料电池发展方向,当然石墨双极板在商用车、公交车等也会有很大的应用场景。
下面从这个个方面介绍一下,要做高比功率的电堆,我们就要解决M1高性能,高耐久性膜电极的情况,所以我们认为基于这样一种情况对催化剂、扩散层要进行一个优化,包括MEA具有的工艺,包括高分散的降料,提升物料利用率。
我们近期目标达到面积比功率每平方厘米1.5W,对于金属双极板,我们目前主要是从这四个方面做工作:高性能的流场的仿真技术; 金属双极板的冲压仿真技术; 高精度、防翘曲的激光焊接技术,目前以万套级别电堆生产这样一个技术,我们对于全自动激光焊接技术保证高精度,而且不翘曲; 高耐久性的表面处理技术,我们也采用跟供应商联合开发的第三代表面处理技术,我们建立面前产能是千套级电堆的金属双极板表面处理的技术。
有了这样一个金属双极板和MEA,那么目前我们也在做大功率一个电堆技术,这方面我们重点从高性能电堆密封技术,刚才我们提到,我们目前在安徽建立万套级燃料电池电堆及系统产能,万套级的指我们70千瓦级别这样一个电堆来计算。
我们对电堆的密封技术要用全自动生产线来做这样一个密封技术,包括电堆一致性方针和计算技术。上个月我们公司第一代产品,就是大功率电堆45千瓦,体积比功率达到每升3.5千瓦这样一个电堆正式下线。
金属双极板这样一个单一性或者一致性的技术,也是对电堆很重要的技术,为了这方面我们首先要解决膜电极在线质量检测,双极板质量控制,高精度外限位电堆组装技术,这里面我们在电堆当中,我们通过红外检测,视觉检测等等,确保我们的双极板包括膜电极的一致性。
上面介绍一下我们公司在电堆做的事情,除了电堆以外我们公司也做燃料电池系统,其中几个比较关键的零部件,第一个关键零部件我们认为是这样一个压缩机,这里面我们对目前市场上压缩机这样一个主要的形式做了比较,其中我们说目前调研下来,市面上压缩机的形式,我们从体积、质量、温升、噪声、压比、成本等等,比较下来我们认为离心式的压缩机是今后比较有前途这样的一种形式。
对于离心式压缩机,我们认为它的核心关键技术主要有这么三个方面,第一个就是专门使用于燃料电池系统需求的孔压机叶轮设计。第二方面就是空气轴承,第三个方面就是高速电机。
其中这里面可能目前对我们最难的就是空气轴承的技术,我们认为这个技术一定要解决起停对它耐久性的影响,我们也在开发除了空气轴承以外其他的一些高速轴承。
下面一个关键部件我们说是叫氢循环装置,对阳极的循环是很重要的一个方面,目前氢气循环大概三个方面的组合,第一个方面用氢气循环泵,比如说丰田采用的技术,第二方面用氢气引射技术,也有采用利用氢气引射泵和氢气引射器和氢气循环泵两个并联的技术,那么这三种技术路线应该说各有优缺点,我现在在统计带领团队,主要是在做氢气引射剂以及氢气循环泵这样一个并联的供氢的系统。
下面一个技术就是系统零部件的集成与控制技术,这方面我们在同济大学包括在明天都在做这方面的工作,主要是从零部件的优化匹配,温度的控制,压力的跟随技术,这几个方面做系统和集成的控制技术。
下面我简单介绍一下安徽明天氢能产业化的情况,安徽明天位于安徽的六安市,它离合肥市很近,有40多公里,这是我们公司去年建成15000平方米的包括电堆,包括系统的一个厂房。安徽明天公司同时也在上海建立一个燃料电池研究院,我们公司刚刚成立不久,从2017年8月份开始注册,2017年12月份产业园区开工,2018年10月份,我们50千瓦的系统通过了强检,2019年5月份,我们建成了加氢站。2019年9月份,MT60通过了强检。
同时我们公司也建立了院士工作站,在上个月我们刚好完成电堆下线仪式,引进战略投资合作。我们的团队应该说主要来自于三个方面:我们公司电堆技术,来自于大连化学物理研究所,大连化学物理研究所衣院士他的团队,他金属双极板电堆的技术,转移到了安徽明天科技股份有限公司,同济大学它的系统集成技术主要是我带领一个团队,另外来自我们公司的创始人,他原来在整车企业的一个技术团队,所以我们说来自于整车、燃料电池系统和电堆组成这样一个技术团队,组成安徽每天这样一个技术来源。
公司目前重点的聚焦,主要是在膜电极,双极板,电堆,空压机,氢气循环,系统的控制,动力系统我们目前主要是协助整车做一些整车执行方面的事情,所以我们公司本身不做整车方面的事情。
我们公司建成了安徽省目前第一个也是唯一的加氢站,这个加氢站日加注能力400公斤,这个加氢站一部分氢气供我们公司生产,另外一部分我们供六安市燃料电池汽车示范运行,今年年底,下个月在安徽六安,十辆装有我们公司燃料电池系统的公交车正式上线运行。
这是我们公司目前开发的几个主要的系列,这里面其中30千瓦我们做了一个低压系统,其他都是一些中高压系统,从MT40,MT50,一直到MT60,这样一些燃料电池系统,这个地方包括我们的额定功率都是系统功率。
我们公司生产燃料电池系统通过了国家的强检,今年年底在六安市运行公交车,我们也跟国内外其他合作伙伴从电堆、系统等多方面的合作,谢谢大家。
提问:我们现在都再说氢燃料电池,我想知道那个甲醛燃料电池,在汽车行业有没有应用前景?另外燃料电池除汽车行业之外,在其他行业应用前景怎么样?
许思传:甲醇从燃料电池,我认为它在汽车应用当中不是特别合适,这里面原因就是在车上要做一个甲醇重整装置,本身重整的温度接近200度,所以无论是从它的启动时间,包括它的排放等等,都不适合于车用,但是地面上的应用应该说还是比较合适的。
第二个问题你刚才提到其他应用,燃料电池它的应用范围十分广泛,简单讲需要有电的地方都可以用到燃料电池。
提问:我们刚才看到从技术上面讲燃料电池这个产品,它怎样推出或者说以后一些前景,其实燃料电池根据我们了解它还有一个优势,就是它的回收相比较锂电池是具有它的一些优势。是不是在这方面我们要作为一个比较突出的优势拿出来呈现?
许思传:这个问题我尝试回答一下,燃料电池我们通常来比较,从全生命周期来考虑它,这方面比较的数据已经比较全面,从燃料电池领域除了比传统车有优势以外,我们说比纯电动车也有优势,刚才您提实际上从报废以后这个阶段,燃料电池这方面也是有一定优势的,实践方面我们没有研究,但是我们看过别人做的研究,这个锂电池目前回收率还比较低,大概在我们国内就10%左右,同时回收过程当中有一些重金属还是有一定污染的,另外电池包废气有高电压,有一定危险性。
燃料电池我们说产业化刚刚起步,还没有到回收期,但是根据丰田的研究,绝大部分的零部件都可以回收利用,而且没有污染,其中最关心的贵金属就是铂,大概99%都可以回收利用,这个数据应该是大于95%肯定的,所以从这个角度来讲,我们认为燃料电池回收方面应该说跟其他的车用的动力还是有比较大的优势。
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