如何控制和优化氢气制造的性能，达到燃料电池所需？
来源：宝鄂实业
2019-05-05 13:50
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如何控制和优化氢气制造的性能，达到燃料电池所需？
基于多年的研发和实验，目前催化剂的性能完全可以满足燃料电池车对氢气需要的制造速率，甚至制氢速度可以远远超过燃料电池所需。目前这家公司除了正在研发车用燃料电池制氢装置以外，还在应用该技术研发鱼类推进器。将传统螺旋桨式的鱼类推进方式，替换成气体推进。因为通过调节催化剂的配方可以进一步提高铝和水的反应速率，甚至可以在几百毫秒内制造出体积比超出1000倍的氢气，这几乎可以像炸弹一样产生冲击波。当然，用在燃料电池汽车上，只要让氢气生成速率跟得上燃料电池反应堆的发电需求即可，而这些都可以通过催化剂配方实现精准控制。
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这种通过金属铝粉末与水发生反应生成氢气的装置，几乎可以淘汰传统意义上的储氢罐。而其能量密度远远高于目前市面上性能最好的高压储氢技术。同时也免去了氢气的长距离运输，加氢站储存和车辆加注之苦。可以杜绝大量的因氢气的运输储存造成的安全隐患。对于用户来说，只需要定期补充金属铝粉末和水就可以完成车辆的能源补给，方便、快捷、安全、清洁。
市场前景和对未来发展的预估
目前燃料电池反应堆的成本大概在每千瓦3000元以上。也就是说一套73.5千瓦（100匹）的燃料电池反应堆，成本超过20万。算上匹配同样效率的制氢设备的话，成本大概接近50万。由于目前这项技术还在样车试制阶段，并没有实现大规模批量化生产，所以商用成本还是较高的。如果能够实现规模生产，逐步取代高压气罐储氢的话，其前景还是非常好的。
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我们知道，目前氢气在工业上的主要获取方式有电解水和化工副产品这两个渠道。但是电解水需要耗费大量电能，仍然存在污染环境、排放二氧化碳的弊端。而化工产业虽然会产生大量的氢，这些氢足以满足人们的日常使用，但要想提纯这些氢气还需要大量的设备和能源的投入，所以也不是一个十分环保的做法。
那么这种用铝和水发生反应产生氢气的过程，则是一个相当环保的过程，并且不会耗费能源。另外，反应后的产物除了高纯度的氢气以外，还有纳米级的氧化铝。这种纳米级的氧化铝在工业上价格非常高昂，是用来制造人造蓝宝石、高科技耐磨陶瓷的原材料。
所以如果可以实现反应后产物的回收，则基本可以找补回制氢设备的成本差价并抵消使用过程中添加耗材的成本。所以，如果再算上国家对氢燃料电池的大力补贴，那么这项技术实现大规模商业化的前景还是可以期待的。一旦规模化生产以后，整个系统的成本还能够进一步的降低，在能量携带效率上将会远远超过传统的高压储氢和三元锂电池技术。
由于固态锂电池采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升了锂电池的能量密度。采用固态电解质，可以阻止电池中的一些成分燃烧。
与会专家介绍，固态锂电池的密度及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，在同样的电量下，固态电池体积将变得更小。而且，由于固态电池中没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。
开发还在路上，一些关键问题有待突破
将固态电解质引入锂电池，是为了突破目前有机电解液存在的种种限制，提升电池的能量密度、功率、温度范围和安全性。与会专家提出，真正实现这些目标，仍需首先解决现有电解质材料本身以及与电极界面存在的问题。
中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员靳俊介绍说，近几年他们实验室主要开发采用固态电解质的锂硫电池体系。用固态电解质修饰金属锂后，可以提高电池的循环稳定性。他们还提出一个双电解质体系锂硫电池概念，采用具有锂离子导电特性LAGP体系的固体电解质，在正负极间采用少量液态电解液进行界面润湿，测试结果可以看到，首次放电比容量能够达到理论容量80%以上，尤其在充放电效率方面，基本上接近100%，完全没有液态锂硫电池中存在的穿梭效应问题。为了进一步解决电池的安全问题，他们把这个界面凝胶化，以保证里面没有流动态的电解液，通过聚合物进行修饰，还可以缓冲循环过程中的体积效应。
清华大学材料学院副教授李亮亮团队，正在研制一种氧化物固态电解质及固态锂电池的原型，采用三元正极，固态电解质膜和石墨负荷作负极，电池能量密度以及安全性非常好，上千次循环后容量保持81%。
郑明森博士指出，目前研发的叠片式大容量固态聚合物锂离子电池，结构相对简单、节点少，不需要管理系统，在组装电池组时只需串联而非并联。采用一些固态的电解液替代传统的液态电解液，可以解决电池的漏液和碰撞后燃烧问题，提高了电池的安全性。
当然，固态电池开发还在路上，仍存在一些关键问题有待突破。专家表示，固体电池应用于储能领域需考虑到长寿命、安全性等因素。另外，还需解决长期循环过程中的体积效应、稳定性和界面相容性等问题。
