"举氢若重"还需技术升级

2017-02-15 | 来源: 科学网 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

　　新年伊始，氢燃料电池好消息频现。

　　日本丰田汽车表示，其氢燃料电池客车——丰田FC客车计划于今年正式上路运营；日本本田汽车和美国通用汽车也宣布，将合作生产氢动力燃料电池车的新一代系统，力争2020年左右开始投入量产。

　　我国新能源客车也杀出黑马，进入市场仅三年的行业新兵——中植汽车，近日发布了一款氢燃料电池城市客车，拟于今年上市销售，并争取当年销售额突破1.5万辆。

　　氢燃料电池被看做是新能源汽车的“终极模式”。中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉就曾公开表示，未来汽车市场可能呈三分天下、三国争霸的局面，氢燃料电池汽车便是其中之一——氢燃料电池汽车跑长途，发挥大功率优势；锂离子电动汽车用于市内近郊交通；混合动力燃油车份额较小但不会终结。

　　“氢燃料电池已进入产业化前夜，不久的将来会在大巴汽车、城际轻轨和高铁优先获得应用和产业化，并逐渐在可移动电子设备及航天与水下领域获得应用。”在接受《中国科学报》记者采访时，衣宝廉对氢燃料电池的应用前景深信不疑。

　　但就目前而言，昂贵的质子交换膜、用贵金属铂作为催化剂等，都导致氢燃料电池成本居高不下，在多位专家看来，降成本是氢燃料电池商业化的前提，而这就需要攻克多道技术难关。

　　未来或将“举氢若重”

　　衣宝廉表示，氢燃料电池有三大优势：与热机过程相比，能量转化效率高，可达60%以上；比能量高，包括燃料和氧化剂，如航天用氢氧燃料电池，比能量大于1千万时/千克；环境友好，排出的产物是水或水蒸气。正是凭借多种优势，氢燃料电池或将在国民经济中起到“举氢若重”的作用。

　　目前，氢燃料电池最标志性的应用就是氢燃料电池汽车，特别是大型客车。中国电池工业协会会长王敬忠告诉《中国科学报》记者，氢能源电池可根据每辆车设计储氢容器的大小，大客车储氢容器的容量相对较大，从而使得续航里程更长。

　　“目前，国内已进入燃料电池大巴车产业化的前夜。”衣宝廉表示，北京、上海、佛山、郑州、如皋五个城市在联合国环境开发署的支持下，已经开展了百辆级燃料电池大巴车的第三期示范运行。未来，氢燃料电池汽车在新能源汽车产业竞争中具有很大的优势。

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　　而除了车用电池领域，燃料电池载人低空飞机目前也已试飞成功，特殊应用的再生氢氧燃料电池系统已完成样机研制和验收。

　　值得一提的是，随着技术逐渐成熟，氢燃料电池还有望在分布式电站等领域发挥作用，但目前尚处于研发和示范阶段。

　　衣宝廉表示，为确保可再生能源上网，又不影响电网的稳定性，就要大力发展不受规模、地域限制的各种储能电池。但目前应用的各种方法，如抽水储能、压缩空气储能等物理储能和各种电池的化学储能，只能解决每天或几天的可再生能源的存储，无法解决季节性不均（如冬天风能丰富、夏天太阳能丰富）的问题。

　　“要解决可再生能源季节性不均问题，就需要将可再生能源转化为可长时间存储的化学能，如燃料氢。所以，利用可再生能源电解水制备氢气成为国际开发和示范的重点。”衣宝廉进一步解释道，燃料电池用于储能，先是用燃料电池的逆过程“电解水”制成氢气，氢气可现场应用于燃料电池再发电，或进入附近天然气管道送达需要的地方。

　　目前，各国正在大力发展氢燃料电池的逆过程——质子交换膜型水电解槽。2015年，美国Proton Onsite公司就推出了适合于储能要求的M系列产品，M1和M2产品每小时产氢能力分别达到200立方米和400立方米，成为世界首套兆瓦级质子交换膜水电解池。

　　中科院大连化学物理研究所此前也开发出产氢气量为1标准立方米/小时、输出压力为1.0 兆帕的水电解制氢机，单机能耗氢气4.2千瓦时/标准立方米，优于国外产品。但这种电解槽成本高，需要继续降低成本进行示范，从而推进产业化进程。

　　“电解槽的商业化再与氢燃料电池组合，构成再生氢氧燃料电池，可以很好地解决季节性不均导致的弃风、弃光问题。从这种意义上看，再生型氢氧燃料电池还是一种有前途、很重要的储能电池。”衣宝廉说。

　　降成本是产业化的前提

　　虽然氢燃料电池是公认的“零排放”绿色能源，但经过多年研究却仍未规模化应用，成本高昂是其主要原因。