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张久俊院士:“碳中和”背景下车用氢能燃料电池关键技术发展之道

作者:中国储能网新闻中心 来源:DeepTech深科技 发布时间:2021-06-12 浏览:
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当前,汽车行业正在被改变,以电动化、智能化、网联化、共享化为趋势的汽车 “新四化”,正催生 “马路上的革命”。无论是对传统厂商还是造车新势力来说,要想抢占新能源汽车技术和产业发展新赛道,就需要对科技创新进行精准把握。

虽然目前电动汽车的发展取得了显著成绩,但依然面临着一些问题,比如电动汽车冬季性能受限、整车安全、高能量大功率电池缺乏等等,这一系列核心问题仍影响着新能源汽车产业的发展。6 月 5 日在浙江省湖州市长兴县召开的新能源智能汽车创新峰会,专门就新能源汽车科技创新相关问题进行探讨。

会上,加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士、上海大学理学院及可持续能源研究院院长张久俊发表主题演讲,分享了 “碳中和” 背景下车用氢能燃料电池关键技术发展之道。

图 | 加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士、上海大学理学院及可持续能源研究院院长张久俊

2020 年 9 月,习近平主席提出中国到 2060 年达到 “碳中和”,比《巴黎协定》约定的时间提前 40 年,体现了中国的大国担当。所谓 “碳中和”,指由于生产生活产生的二氧化碳排放量与采取一定方式吸收回来的量相等。张久俊介绍,实现 “碳中和” 有三种主要方式:第一是碳补偿机制,通过植树造林、购买再生能源,使得产生的碳排放量等同于其它地方减少的排放量;第二是使用低碳或者零碳燃料,比如风能、太阳能,减少化石燃料的使用;第三是 “碳交易”。所谓碳交易,就是将有二氧化碳排放的企业作为交易对象,设定行业标准,给每个企业指标,二氧化碳排量过高的企业需要在市场上购买指标。这样能够引导企业实施绿色清洁转型的手段。

张久俊认为,“碳中和” 关键在于如何利用新能源,实现二氧化碳减排。在汽车行业,世界上有 17 亿辆燃油车(汽油、柴油),排放大量的二氧化碳、一氧化碳、氧化氮、氧化硫等污染物,造成严重的环境污染,对人类可持续性造成威胁。在他看来,发展可持续能源是关键,其中氢气将是可持续发展的必然选择。

“通过太阳能、风能或水电能等可持续的清洁能源电解水,将产生的氢气储存起来,或者作为燃料电池燃料以驱动汽车,这是未来长久的能源使用策略。” 张久俊说。对新能源汽车行业而言,氢能源利用和燃料电池是未来发展趋势。目前,各个国家都在发展氢能以解决未来能源安全问题。国际氢能委员会发布的调查报告预测,2050 年氢能源需求将是目前的 10 倍,预计到 2030 年全球氢能产料电池乘用车达到 1000 万辆至 1500 万辆。

世界各国都把发展新能源汽车上升为国家战略,用电动车来取代燃油车,这是实现 “碳中和” 的必然选择。张久俊介绍,新能源汽车包括全电、插电、油电、燃料电池四种电力类型,世界主要经济体都把发展燃料电池作为重点。燃料电池有很多种类型,其中氢能质子交换膜燃料电池的发展前景最好,拥有更高的能量密度和功率密度。

然而,燃料电池距离真正产业化还有一定距离。美国能源部预测,燃料电池要实现产业化生产,首先功率密度需达到 850 瓦每升,耐久性达到 8000 个小时,规模化生产成本为 30 美元每千瓦。张久俊表示,这些指标的达成依赖关键技术的发展。

首先是催化剂。目前正在发展的催化剂有六种,其中部分实际可用,但有些还处于概念阶段。因此,实际上可用的催化剂价格昂贵且种类稀少。第二个核心技术是质子交换膜。交换膜包括全氟磺酸膜、增强型全氟磺酸膜和高稳型复合质子交换膜三种类型。目前的交换膜技术非常复杂,价格也十分昂贵,国内基本上依赖进口。此外,膜电极、双极板、高压空气泵也是氢能质子交换燃料电池的核心技术,但国内与国外相比还存在差距。

张久俊介绍,中国自主开发的燃料电池汽车在车型开发、整车动力性、续驶里程、燃料电池发动和功率、低温启动等方面与国外存在一定的差距,主要原因是核心部件技术不成熟,价格比较高。“实现碳中和发展新能源是非常大的产业,市场的潜力巨大,我们要大力发展氢能以及燃料电池,尤其是燃料电池汽车,” 他说,“为此,我们要努力实现关键材料和关键部件国产化,并且达到真正的产业化。”

关键字:氢能燃料电池

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