氢云链，还给人类一个清洁的“粮食-水-能源”
技术前沿
- 氢能源，对碳纤维产业来说，是一个完美的产业链
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随着锂电池电动车的批量化、稳定化，氢能源汽车也开始受到汽车产业的重视，而碳纤维在氢能源汽车上的应用，其前景更加诱人。因为在氢能源汽车上，碳纤维不是选配件，而是必须件。以李总理访问日本参观的，行业内关注的丰田Mirai为例：其中最核心部件的氢能源系统，包括储氢瓶、电池电极、电池堆结构材料，都用到碳纤维。特别是碳纤维储氢瓶是不可少，而电池电极用碳纤维材料性能提升很多。所以，相对于锂电池的电动车，碳纤维在氢能源汽车的应用更多。氢能源车对碳纤维是必须项，而不是加分项。而氢能源从产业链来说，也许碳纤维的代入感会更强！氢能源怎么回事，其实说起来也可以很简单：上面这个方程式，初中以上都学过，氢和氧发生化学反应，生成水，释放出能量。而这个能量，就是驱动汽车的能量，整个过程清洁环保。空气中氧气很多？那么氢气哪里来了？我们很多人也做过另外一个实验就是电解水实验。但如何利用现有的电力系统，电解水产生氢气，在给氢能源车用。从热力学定理来看，肯定就不划算了！还可以用工业副产品的氢，很多化工厂可以产生副产品氢，但量有限。那怎么办？其实还有其他思路，如风电制氢。目前风电的发展越来越快，风力的成本也下降很多，将逐渐风火同价，甚至未来还会进一步降低。所以风电制氢是一个好思路。特别是风电有一个特点，随着风的大小，波动比较大，如果发电并网，需要进行特殊处理。而风电制氢，只有建分布式风机就可以了！那么故事来了....知道最近几年，碳纤维应用发展最快在哪个领域吗？风电、风电、风电！重要的事情说三遍，碳纤维应用在风电取得了巨大的成果，2016年用量超过航空航天，成为首位，近年一直稳步增长。试想一下，碳纤维可以做风电叶片，风电制氢，推动氢能源汽车前进，需要加气站。就需要建更多的分布式风机电站制氢。氢能源汽车需要用碳纤维，风电也需要碳纤维。这种相互促进，可以形成良好的促进，推动量的增长和成本的下降，对碳纤维产业，是一个完美的产业链。现在锂电池电动车，回家后第一件事就是插上电源，充电，防止明天跑不动。但氢能源车，就不用了！而且随着技术的进步，有可能会出现这种情况，回家后第一件事也是插上充电头，但不是给汽车充电，而是汽车给家庭充电！试想一下，一个城市建立了不是分布式风机，发电制氢，并把氢气运输到加氢站，这个加氢站位于你家和上班路上，每天上下班路上，到加氢站，花个10分钟，加个氢，回家后，插上充电头插上充电头，第二天上下班，再加个氢。如果这个能源生态系统形成，我们是不是对电网的依赖性大大降低？对了，家庭还可能有小型的光伏电站！狼爱上羊，是一个不可能的传说。但氢能源遇上碳纤维，有可能不仅仅是材料革命，还有可能是能源革命。
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2019-8-22 11:14
- 材料专家：固态锂电池和氢燃料电池，究竟谁才是新能源汽车主流？
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当前，固态锂电池和氢燃料电池两大技术已成为新能源汽车产业发展的重要技术路线。二者争锋，各有利弊，我国新能源汽车布局该何去何从？氢云链认为，固态锂电池技术相对成熟，有一定商业化基础；而氢燃料电池在长途、重载方面有望率先取代燃油车。具体来看：●锂电池产业基础雄厚，但固态电池技术有待升级固态锂电池技术是目前车用动力电池取得能量密度突破的重要方向。固态电池具备离子电导率高、机械强度高以及能量密度高等优势，受益于国内锂电池领域原有的技术积累和产业资源，可实现批量化生产且成本较低。固态电池在安全性与能量密度方面具备很大潜力，但是还需开展大量的研究工作改善电极/电解质界面、固体电解质加工以及化学稳定性等问题，弥补其低温条件下续驶里程锐减、充电困难、温控系统能效高等缺陷。●氢燃料电池性能优势明显，但核心技术缺失、配套建设不足氢燃料电池作为另一个发展分支同样深受业界推崇。氢燃料电池具有重量轻、寿命长、能量密度高、补给时间短、续航里程更长以及不受环境影响等特点。但其关键部件质子交换膜、催化剂、双极板等核心技术长期被国外垄断，严重制约产业发展，而且国内尚未形成制氢、储氢、加氢充分配套的氢能生态链，氢能基础设施建设不足，短期内难以大范围推广。●两种动力技术路线潜在应用优势各有不同国内新能源汽车发展环境复杂，需求各异，固态锂电池和氢燃料电池两种技术路线拥有各自的优势和短板，面向实际应用各显潜力。就能源分布、气候、地域以及区域功能性差异来看，两条技术路线分别有用武之地。首先，国内煤矿资源分布不均，近50%的煤炭资源分布在华北地区，另有约30%的储量在我国西北地区，而华东、西南等地区则少有煤炭资源。华北和西北地区电厂的多余产能可通过充电桩为固态锂电池汽车提供动力来源，达到燃油代替和提高电力利用率双重效果；据统计2018年我国平均弃风率为7%，主要集中在新疆、甘肃、西藏等地区，随着制氢技术的发展，这些未被利用的资源可以转化为氢气，并以压缩气态储氢、液化储氢等方式储存起来。因此当地丰富的可再生能源为发展氢燃料电池汽车提供了得天独厚的条件。其次，现有固态电池技术暂无法满足东北等高寒地带的应用需求，而氢燃料电池可作为替代技术在这些地区优先发展。再次，就地域条件而言，华东地区城市分布较为集中、发展迅速，用车数量持续上升且短途交通线密集，适宜发展固态锂电池汽车。此外，港口加氢站集中布局难度相对较低，可针对停泊在港口的商用车进行转型，在港口布局氢能产业；高速公路等沿线服务区也便于设立油氢混合站，打造氢能城际高速，实现加氢站与加油站、加气站和充电站多站合一的布局。氢云总结：根据汽车种类及用途的不同，两种技术也各有所长。家用乘用车、公交车数量庞大，行程较短，更适合装载高能量密度、小体积的固态锂电池。而且相比氢燃料电池，固态锂电池技术相对成熟，具备一定商业化基础，可满足乘用车及公交车的高需求量。商用车、物流车以及重型卡车需要充足的乘用空间和长续航能力，装载固态锂电池会占用空间并增加负重，而氢燃料电池本身质轻，燃料借助外循环进入车体提供动力，在长途、重载方面实为取代燃油动力的首选。此外，加氢体系适合集中布局，与长途、重载车集中存放的特点不谋而合，这可以大大提升加氢站利用的效率，降低维护成本。
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2019-8-16 20:10
- 甲醇重整氢燃料能否成为氢燃料电池汽车一个新出路？央视：有可能
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导读：近年来，能源和环境问题已经是世界各国发展所面临的重要问题。而 氢能是一种理想的清洁燃料，作为21 世纪理想的新型代替能源之一，引起人们的重点关注。近些年来，以氢能为燃料的氢氧燃料电池发展迅速，以氢氧燃料电池为动力的燃料电池汽车也取得了一定进展。为推进氢氧燃料电池的发展，需要解决用氢来源并降低燃料成本等问题。由于氢气密度小、易燃易爆等性质，在提取、输送、分配及加氢等环节存在储氢难、体积大、加氢困难、危险性大等缺点。而目前主要是气罐加氢的方式来供氢，而分布式的加氢站目前还满足不了燃料电池汽车的加氢需求。制氢方法主要有水电解制氢、生物质制氢、热解制氢、烃醇类重整制氢等方法，其中烃醇类重整是目前工业上应用的主要制氢方法，尤其是醇类重整在车载燃料电池系统中越来越受到人们重视。由于甲醇重整具有体积小、重整温度低、能耗小、原料易得、 安全等特点，在现场制氢给燃料电池汽车提供氢源时，不仅解决了运输问题，并且在安全和经济方面也有一定的优势，是目前国内最易实现的燃料电池氢源载体之一。而车载甲醇反应器在燃料电池汽车上使用需要满足启动快、 低温运行、 产品气杂质（如 CO）含量低等要求。因此，车载甲醇重整汽车被大家视为未来新能源汽车的重要组成部分。近期，央视也对甲醇重整燃料电池产业做了专门报道，指出甲醇重整燃料电池即将迎来新风口，其未来发展前景广阔。来源：央视交易时间工信部甲醇汽车试点工作专家组组长何光远表示：“我国需要有一个新的能源替代汽柴油，在中国缺油少气相对富煤的国情下，利用劣质煤制甲醇，甲醇作为替代燃料是一个发展向。 ”来源：央视交易时间甲醇的危险性相对最低据悉，来自于美国能源部的数据显示，在危险性上，甲醇的危险性总和为28级，远远小于汽油，柴油和天然气的危险性，甲醇是相对最安全的燃料。除此之外，甲醇燃料电池采用的高温质子膜对氢气的纯度以及相应的配套设施的要求，也是它与传统的氢燃料电池相比具有优势；而且在传统的氢燃料电池路线上，我们自己也缺乏核心技术，特别像加氢，储氢，燃料电池等核心技术大部分依靠进口，缺乏核心竞争力。来源：央视交易时间工信部甲醇汽车试点工作专家组组长魏安力表示“中国目前有很多企业是买来主义者，包括一些膜，自己只负责组装，这是一个很可怕的现象，一旦市场高起来了，他再去这么买，就买不动了，因为对方会涨价。”因此我国未来在氢燃料电池的发展过程中，只有拥有自主的技术体系和核心技术，才能在产业链中不受制于人。最后，当产品投放市场后，后市场的服务也非常重要！比如甲醇加注站，制氢设备的建设，市场维修和保障体系的建设等等。中国内燃机学会秘书长李树生表示：“只要是以燃料成本占有其运营成本为主导地位的领域，甲醇燃料应该说都很有吸引力。”而自从今年3月新的政策发布后，全国对甲醇重整燃料电池的重视程度已经明显增加，研发和应用领域均有显著的增长。氢云链了解到，无论从政府的相关政策层面，还是从市场化运作的程度来看，甲醇燃料正式迎来一个全新的发展机遇。不知道大家觉得甲醇重整氢燃料能否成为氢燃料电池汽车一个新的出路呢？
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2019-7-10 14:32
- 欧阳洵：质子交换膜燃料电池技术及产业发展概述
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一、燃料电池技术简介1.燃料电池原理及分类燃料电池(FuelCell)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”。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。氢-氧燃料电池为最常见燃料电池，其反应原理是电解水的逆过程（如图1所示）。燃料电池涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，是一种将化学能转化为电能的技术，整个过程绿色环保，不产生任何污染物，而且效率高、噪音小，同时燃料技术原理上弥补了其他能源方式（比如锂电池）容量小、充电慢、寿命短的缺点。燃料电池已被欧盟确认为未来替代传统内燃机的绿色能源产品之一。燃料电池按电解质的种类不同，分为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）。质子交换膜燃料电池以其工作温度低、转化效率高、功率密度高、可快速启动、且环境友好，被广泛应用于各个领域，小到手机电池、充电宝，大到大型电站；固定式如通讯基站主备用电源、家用热电联产，动如汽车、无人机、水下潜艇等。本文以下主要介绍质子交换膜燃料电池相关技术及产业链情况。2. 质子交换膜燃料电池系统的组成燃料电池主要包含起到“心脏”作用的发电单元燃料电池堆，燃料电池辅助系统，燃料电池控制系统。具体构成见图2所示。燃料电池堆主要完成氢氧电化学反应发电的功能，发电功率范围根据需要，通过增加单电池数量而增大。电堆发电的同时，产出水和热量，水通过阴极出口排出，热量主要通过冷却循环带出。电堆主要由双极板、膜电极、端板等组成。其中双极板是提供反应物质和冷却液的流道，串联各单体电池并收集电流，起到机械支撑的作用，同时分离氧化剂和还原剂，将反应物均匀分布在膜电极各处，管理电池反应产生的水与热。双极板需具备高导电性、小电阻率、高导热性、良好化学稳定性和耐腐蚀性、高有效面积、良好的机械强度、低成本等特点，其材质主要包括石墨双极板、复合材料双极板和金属双极板等类型，通常包括蛇形流道、直流道、交指流道、网格流道等类型。膜电极一般由质子交换膜、催化剂、气体扩散层组成，其中质子交换膜是电解质隔离膜，起到对质子导通、对电子隔离的作用，目前国际上主要有杜邦公司的聚氟磺酸（Nafion）膜和戈尔公司的复合膜，国内山东东岳集团的质子交换膜。催化剂即发生电化学反应的关键催化媒介物质，一般由铂、钯等贵金属与碳组成，传统为Pt - C催化剂，目前新型的铂合金催化剂已有产业化应用。气体扩散层（GDL）主要为碳纸或碳布，主要起到气体扩散，电流的收集，对质子交换膜起到物理支持的作用等，从而确定催化剂的利用率和整体性能。燃料电池辅助系统主要包括阴极回路、阳极回路和冷却回路。阴极回路是指空气回路，为燃料电池反应提供氧气（空气中的氧气），主要包括空压机、空滤器、增湿器等部件；阳极回路是指氢气回路，为燃料电池反应提供氢气，主要包括减压阀、氢气循环泵（起到使氢气循环利用的作用）、电磁阀等；冷却回路是指冷却液（去离子水或乙二醇水溶液）循环回路，冷却液循环流动，带走电堆产生热量，主要包括水泵、散热器、储水箱等。燃料电池控制系统集软件和硬件为一体，包括燃料电池控制器以及相应的控制软件。二、质子交换膜燃料电池产业发展现状1. 国内外质子交换膜燃料电池发展现状燃料电池被欧盟认为是未来实现低碳环保经济的重要方式之一，也是未来清洁能源体系不可或缺的重要环节。未来世界能源体系将逐渐从不可再生能源转向可再生能源，减少对高污染储量有限如石油等传统能源的依赖（如图3所示）。但是，可再生能源，如太阳能，风能等储存运输不便，而利用氢气作为新能源燃料的化学储能技术储能密度高，技术成熟，例如西方发达国家已经开始建立氢气管道运输网络；燃料电池技术是国际公认的发电效率最高而碳排放最低的发电环节关键技术。目前，国内各地也正积极推动燃料电池发展。2017年9月，上海发布《上海市燃料电池汽车发展规划》，规划到2020年，上海将聚集超过100家燃料电池汽车相关企业，于2025年建成50座加氢站，到2030年实现燃料电池汽车技术和制造总体达到国外同等水平，上海燃料电池汽车全产业链年产值突破3 000亿元。燃料电池的产业化发展与整个产业链的发展密不可分。大连新源动力股份有限公司为国内燃料电池起步较早的企业之一，成为这一领域的国内领军企业，其研发的氢燃料电池率先在国内汽车行业实现产业化应用。2017年8月，由亿华通投建的我国第1条自动化氢燃料电池发动机大批量生产线已经正式投产，该产线预估的每年产燃料电池发动机的产能在1万台左右，项目总投资达到了10亿元。佛山（云浮）产业转移工业园的氢能燃料电池汽车包含氢能乘用车、氢燃料电池城市客车以及燃料电池物流车等多款车型。2016年5月，广东国鸿氢能科技有限公司与加拿大巴拉德签署引进9SSL电堆生产线技术协议，在国内建设年生产20 000台电堆和5 000套系统的首条商业化燃料电池电堆及系统集成生产线。首批试制电堆样品主要性能指标达到国际先进水平。计划2018年生产3 000台9SSL电堆，系统集成1000套。在各方纷纷加码燃料电池汽车产业的背景下，燃料电池已具备大规模工业化生产的能力，未来燃料电池产业将迎来迅速产业化阶段。随着世界几大汽车集团进行车用燃料电池和燃料电池汽车的研发工作，推动燃料电池的产业化发展，其中世界著名燃料电池公司加拿大巴拉德是复合板电堆最早产业化公司，并最初为多家车厂提供电堆，如本田汽车、日产汽车等。丰田汽车公司从1992年开始致力于研发工作，1996年10月首次向外界公开燃料电池汽车，2002年12月在日本国内开始租赁，2005年7月获得车型认证。2008年6月发布了燃料电池汽车FCHV-adv。丰田汽车公司的燃料电池汽车从研发初始搭载的就是本公司自主研发的燃料电池，燃料电池汽车发布的同时始终追求燃料电池小型化及高效化的车载燃料电池系统已达到单位容积发电3.1kW/L，与研发之初相比性能已有大幅度提升。随后，丰田FCVmirai于2014年12月1 ...
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2019-6-18 09:39
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