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燃料电池:引领新能源行业 燃料电池车已经进入产业化

作者:中国储能网新闻中心  来源:华领观察  发布时间:2017-9-19 11:07:20

中国储能网讯:燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是,它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。目前最常用的燃料为氢气和天然气等碳氢化合物,但由于碳氢化合物在使用过程中会产生二氧化碳等温室气体,因此氢气成为燃料电池的最理想能源。

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追根溯源,看燃料电池发展200年

1839年英国的Grove发明了燃料电池,并用这种以铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。燃料电池发展已有近200年,在90年代之后开始迅猛发展,进入21世纪,燃料电池陆续在发电及供热站、便携式电源和交通运输等多个领域得到应用。从1958年第一个质子交换膜电池诞生以来,通用、戴姆勒、丰田等多家车企都相继推出多款燃料电池汽车,2014-2015年丰田Mirai和本田Clarity的推出标志着燃料电池汽车商业化发展的开始。

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燃料电池优势明显

燃料电池真正实现高效率和零排放。与传统的石化燃料相比,燃料电池具有零排放、无振动噪声等优点;

燃料电池转换效率高应用广泛。燃料电池由于其电能转换不经过燃烧这一过程,理想化转换效率可以达到83%左右,目前实际的转换效率大概在45%-60%之间,内燃机转换效率大概在30%-40%之间。同时燃料电池的功率范围为1W~100MW,可以广泛应用于交通运输、便携式设备、发电站和航空航天等领域;

与锂电池比,燃料电池能量密度更高,且充氢比充电时间更短。三元动力锂电池2020年的容量有望达到150Wh/Kg、200Wh/Kg,但后期容量提升空间有限,燃料电池凭借开放式系统,能量密度主要取决于储氢量,其能量密度提升的空间更大。丰田Mirai 的PEMFC系统的能量密度超过350Wh/Kg,而功率密度已经达到了2KW/Kg。动力锂电池虽然能承受一定程度的高倍率快速充电,但对电池的循环寿命形成永久伤害,且充电时长在30分钟以上,相比之下燃料电池车只需要3~5分钟即可完成加氢。

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质子交换膜是车用燃料电池主流技术

按照电解质不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等,目前应用最广泛的燃料电池主要是MCFC、SOFC及PEMFC。

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PEMFC以其功率密度大、体积小、质量轻、室温下即可工作、起动迅速等优点,因此质子交换膜燃料电池(PEMFC)更适于应用在燃料电池汽车领域,被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源,因而现在是研究的热点。

质子交换膜(PEMFC)是当今发展的热点

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2015年全球燃料电池出货量超过342.6MW,比2014年增长了84.8%。

受益交通应用拉动,PEMFC出现跨越式发展,并成为当今国际上燃料电池发展的热点。2010-2015年,PEMFC、SOFC、MCFC三种类型电池占据了历年总出货量的90%以上,其中受交通运输领域需求拉动,PEMFC在2015年出货量出现了跨越式增长,同比增长高达147.04%。

日美引领燃料电池发展

日韩在燃料电池车领域的产研推进领先于其它国家,日本的新能源战略以燃料电池车为主, )根据日本经济产业省公布计划,日本将力争在2025年累计售出燃料电池车20万辆,并在2030年达80万辆。与此同时,日本还计划到2020年将为燃料电池车提供燃料的加氢站数量增加至目前的2倍,共达到160处,并在2025年实现数量上的再次翻番。届时,日本全国范围内的加氢站总数将达320处。

号称世界第一辆量产版氢燃料电池车-现代ix35 FCV。2013年2月26日,世界上第一辆量产版氢燃料电池车ix35问世,现代成为全球首家量产氢燃料电池汽车的制造商,比大众、丰田等至少提前了2年。

美国政府对燃料电池汽车支持在布什任职期间达到顶峰;在奥巴马政府期间,美国能源部宣布从美国振兴计划(American Recovery and Reinvestment Act Funding)中拨款4190万美元支持燃料电池特种车的研发和示范,另在2011年美国财政预算中安排5000万美元用于燃料电池和氢能技术研发。

在美国能源部(DOE)、交通部(DOT)和环保局(EPA)等部门的支持下,燃料电池技术近年来取得了很大的进步,通用、福特、丰田、戴姆勒奔驰、日产、现代等整车企业都在美国加州参加了燃料电池电动汽车的技术示范运行,并培育了一系列国际知名的燃料电池研发和制造企业。比如普拉格能源公司(Plug Power):全球燃料电池叉车领导者;巴拉德动力系统公司(Ballard Power Systems):燃料电池的翘楚;Hydrogenics公司:电解水制氢和大型燃料电池领域佼佼者。

举世瞩目的Mirai推出将引爆行业发展

2014年12月,丰田发布了当今举世瞩目的最具成本优势、性能最先进的Mirai燃料电池电动汽车。售价仅为723.6万日元(折合人民币约37.8万元,相比于10年前100万美元的成本,成本下降了90%以上)。经过日本政府补贴后,实际价格520万日元(折合人民币约27万元),相当于一台丰田皇冠汽车的价格。

在MiraiFCV上市的第一个月内,丰田就已收到约1500辆的采购订单,远超预期目标400辆,2016年销量辆2039辆。预计2017年销售10000辆,并规划在2020年将销量提升到3万辆,这不仅代表着燃料电池车商业化的开端,也让大众看到燃料电池在汽车市场的商业化应用潜力,增加了整车厂商对燃料电池车的信心。

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整车企业燃料电池车已经进入产业化

20世纪通用开始研发氢燃料电池以来,本田、丰田、现代、戴姆勒等整车厂相继开展对氢燃料电池动力系统的研发。由于燃料电池的技术门槛非常高,国际上形成了三大联盟:丰田与宝马、日产与戴姆勒及福特、本田和通用,几大公司均有相应车型面世。

现代于2013年率先量产氢燃料电池车现代ix35,并于2014年在韩国上市,ix35在韩国市场的售价高达1.5亿韩元(约人民币85.5万元),加上韩国加氢站配套设施的缺乏,导致ix35销量始终不尽如人意。截至2015年初,ix35仅销售了200多辆,最终不得不降价43%以抢夺市场份额。

在Mirai发布一年多后, 2016年10月,7本田燃料电池汽车Clarity也开始租售,在日本的售价为766万日元(约人民币44万元)。

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各大厂商加快燃料电池汽车产业化进度,将于未来5年内集中发布。通用、奔驰、宝马、奥迪等厂家也都在燃料电池汽车领域有所研究,将于未来几年陆续推出燃料电池车。据美国媒体TheDetroitBureau报道,预计到2027年,市场中将至少新增17款燃料电池车。

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燃料电池车市场将达到456亿

Navigant Research预测到2021年,全球燃料电池汽车(包括巴士)销量将超过5万辆,到2024年全球燃料电池车大规模量产时,年销量将达到22.8万辆。预计总市场规模将达到456亿元。

关键字:燃料电池

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