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衣寶廉對推動燃料動力電池商業化發展的幾點建議

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年10月15日  

作為國內燃料動力鋰電池行業泰斗級人物,我國科學院大連化學物理研究所研究員/我國工程院院士衣寶廉在一次公開會議上,為燃料動力鋰電池商業化發展提了幾點建議。


首先,燃料動力鋰電池汽車有突出的優點,但存在加氫站建設費用高、運行費用高的問題。衣寶廉建議,要想做到燃料動力鋰電池商業化,各方要齊心協力解決這些問題。


燃料動力鋰電池跟燃油車比較,把油箱換成氫氣,把內燃機換成燃料動力鋰電池發動機,一是環保,二是續航里程和駕駛員的駕駛體驗都跟燃油車一致,容易被接受,整體而言是很好的。


有些人認為燃料動力鋰電池不安全,但相比于鋰離子電池把能量和電池結合在一起,燃料動力鋰電池配套的氫氣罐是在外面,其實更安全。從現實案例來看,鋰離子電池車經常起火自燃,而燃料動力鋰電池車尚未有案例,有國外發生起火爆炸事件是在氫氣制取及儲運環節,重要由操作不規范引起。相比于燃料動力鋰電池,鋰離子電池更要解決充電時間長及安全性問題。


在衣寶廉看來,相比于內燃機、鋰離子電池,燃料動力鋰電池優點突出,現在燃料動力鋰電池汽車重要是貴的問題,一是燃料動力鋰電池發動機貴,導致車也貴;二是加氫站建設費用高,氫氣貴,導致運行成本高。這些問題牽涉面廣,各方要齊心協力解決這些問題。


其次,有關如何降低燃料動力鋰電池發動機成本,衣寶廉提出,一是關鍵材料和零部件批量生產,如此發動機成本可以降低20%-30%;二是提高比功率,成本再降低20%-30%。


目前國內公司基本具備質子交換膜、催化劑、雙極板、電堆技術,同時空壓機、氫氣泵產品也基本可以用,希望公司家特別是國企盡快建立批量生產線來進行批量生產。當然各個環節的技術也還有待提高,要開發高活性催化劑,降低歐姆極化,改進流場。


催化劑方面,大化所正在研發銅鉑催化劑,這個催化劑是碳鉑活性的3倍,正在進行工業性的放大和設備方面的選取。為何選銅?銅不會隨水流到外邊,也不會對膜等出現影響,因為銅出來溶解就沉淀了,鈷的運用會流失,大量生產燃料動力鋰電池車,用鈷需謹慎。


質子交換膜方面,發展薄膜,降低歐姆極化。戈爾做增強膜,國內做的是自由基復合膜,現在國際公司已經做到8個微米,國內現在能做到十一二個微米。


雙極板方面,改進流場。所謂三維流場是過去做的網狀流場,這種流場有點類似于搞化工蒸餾過程當中的擋板,對氣流有一個阻擋用途以后,出現了一部分對流傳質,這樣提高了電池的極限電池密度,把催化層利用的更深,單電池比功率提高后,要提高電堆比功率,像豐田370片極板弄在一起,流場阻力會大,空壓機內耗新增,這里面有一個權衡和協調問題。


同時,要提高雙極板一致性,提高平整度,提高MEA一致性,最后解決公用孔道的問題。


現在國內正在發展的是金屬板,這個金屬板能否過關,要看金屬板表面涂層后的壽命能不能達到5千、1萬甚至2萬小時,要跑車進行試驗。國內沒有一家公司或研究機構宣布運行達到5千或者1萬小時的,現在都在跑,大化所研發的金屬堆驗證跑了3千多小時,還有2千小時,金屬板要實現大量的應用,將是燃料動力鋰電池技術的重大進展。


電堆方面,現在大部分高性能的電堆都是1個大氣壓左右,低的是0.5,現在向兩個大氣壓發展。要改進電堆組裝工藝,電堆是按壓力機的方式組裝的。幾百片雙極板堆疊,應該了解最后這個電堆多高,誤差不超過幾毫米。這個是可以計算的,前期要做大量的基礎工作。這套工藝已經定型,可以按這個來控制電堆的組裝。


“光有理論不行,要有工匠精神。”衣寶廉說,一是腦袋行,二是手巧,兩方面配合起來才能裝出高性能的電堆。


總之,要盡快完善燃料動力鋰電池核心材料生產線,研發生產空壓機、氫氣循環泵等關鍵部件。


要提高電堆的體積和重量比功率,為開發乘用車奠定基礎。我們搞燃料動力鋰電池,開始是300到500毫安,十一五末達到了800毫安到1安培。現在國內是1-1.5安培,我們想做到1安培到2.5安培,燃料動力鋰電池的成本還可以降低15%-20%,假如跟批量生產聯合起來,燃料動力鋰電池發動車的成本可以接近鋰離子電池,比燃油車貴一點。


另外,國內要倡導搞基礎理論,研究超低鉑和非鉑催化劑理論與應用研究,進一步將電池鉑的用量降低到每千瓦0.1克以下,現在國際上是0.2克鉑,國內0.3-0.4克鉑,假如做好基礎研究工作,可以做到0.1克鉑以下,完全可以放心的實現燃料動力鋰電池車的產業化。



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