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氢燃料电池需要什么催化剂能加快能量转化效率?

来源:宝鄂实业    2019-04-24 02:25    点击量:
氢燃料电池在汽车领域具有综合能效高、环境友好、高可靠、启动迅速等特性,也因此氢燃料电池在汽车领域应用最为普遍。氢燃料电池的催化材料是氢燃料电池结构中的核心材料部件,是电池正常、高效的运行保障。随着当前环境污染压力的不断上升,社会对大规模使用清洁新能源的需求更加迫切,也因此对氢燃料电池催化材料的成本、催化活性、催化稳定性提出了更加严格的要求。

氢燃料电池行业发展分析

燃料电池的种类相当多,目前市场上主要有碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、甲醇燃料电池(DMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC)。这些不同种类的燃料电池输出功率范围、发电效率、优缺点、应用领域都不尽相同。目前主流用于汽车的燃料电池是氢燃料电池,氢燃料电池是一种能够将储存在燃料(氢气)和氧化剂(空气中的氧气)中的化学能直接转换为电能的能量转换装置,其基本工作原理就是电解水的逆过程,而目前在氢燃料电池中以质子交换膜燃料电池居多,这主要是因为其在电动汽车、固定发电站领域具有广阔的大规模应用的前景。

目前市场常见电池近十年的出货量,从图中我们可以看到整体燃料电池出货量从2009-2013年大幅上升,2013年以后整体出货量的趋势稳重有升。另外,可以看到氢燃料电池PEMC从2014-2018年整体趋势略有降低,但目前占有率仍然很高(高于50%)。值得注意的是SOFC电池的出货量这几年增加也较为明显,这主要是由于SOFC在亚太地区尤其是在日本小型高效率发电系统ENE-FARM的家用燃料电池正在快速普及和发展。

全球燃料电池2009-2018年出货量,以瓦数计(MW)。从图中可以看到发电容量急剧上升,仅2018年全球燃料电池出货量已经约为800MW,而PEMFC电池的发电量达到589.1MW,明显占据主导地位,占比达到73.35%。由此可见,质子交换膜型氢燃料电池无论是电池数量还是发电容量上看都是主流的燃料电池技术,2015年以来PEMFC出货量(以瓦数计)的暴增一方面得益于丰田(功率114kw)和现代(功率110kw)等燃料电池车的产量增长;另一方面是因为日本和欧洲等地的小型热电联产项目持续增加,在这方面,日本和加拿大的企业占据主要市场。此外,中国最近几年也大力支持PEMFC电动汽车的发展。

2015年,国务院印发《中国制造2025》,提出了燃料电池汽车的战略目标及研究方向。目标到2020年,我国逐步实现关键材料和零部件国产化、燃料电池堆和整车性能提升、燃料电池汽车运行规模扩大。通过对关键材料、电池堆系统及通用化技术等重点领域的研究,到2020年实现关键技术攻关,2025年完成商业化产品全产业链的建设,并实现区域小规模运行。梳理过往政策则不难发现,政府对于燃料电池的政策倾斜正在加大。尤其是2018年的补贴政策,进一步提升了电动车锂电池能量密度的补贴门槛要求,而对燃料电池车的补贴力度则保持不变。另外,2016年10月,《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》,2020年,加氢站100座,燃料电池汽车10000辆;2030年加氢站1000座,燃料电池车辆200万辆;2050年加氢站网络构建完成,燃料电池车辆1000万辆,可见目前国家政策也是极力推进氢燃料电池的商业化和大规模使用。2019年3月26日四部委发布《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,其中提到地方应“支持充电(加氢)基础设施‘短板’建设”。今年的《政府工作报告》也提及稳定汽车消费,推动充电、加氢等设施建设。可见,发展氢能源汽车已经得到中国政府相当程度的重视。