中科嘉鸿新能源孙公权:高温甲醇燃料电池技术

  今天我汇报的内容主要有以下几个方面:首先是国家战略需求。实现碳达峰、碳中和是我国向全世界作出的庄严承诺,也是一场广泛而深刻的经济社会变革,能源动力先行,这是义不容辞的。

      清洁能源有很多种,风电今年我国已并网的装机容量突破了3亿千瓦,连续12年在全球排名第一;太阳能装机容量也超过了2.5亿千瓦,增长24%。目前氢能的发电量还远低于这个值,但氢能有着特殊的战略意义,氢气可以燃烧,包括航天发动机,用液氢液氧,德国把氢气输入天然气管道作为燃料燃烧;氢气可以制备化学品,化工反应中的加氢反应众多;氢气可以发电,发电意义重大,在陆、海、空、天诸多领域均有广阔的应用前景。

      燃料电池1839年诞生,在应用方面,燃料电池输出功率从次瓦级到几十兆瓦,陆、海、空、天都有广阔的应用前景。我们之所以考虑甲醇燃料电池,是因为在几种主流的电源中,如超级电容器、铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等,甲醇燃料电池的比能量非常高,可超过1kWh/kg。

      在电动车领域,在座的可能也有参与国家的几个五年计划。最近国务院办公厅印发的发展规划赋予“三纵三横”新的内涵,三纵包括纯电动汽车、插电式的混合动力汽车、燃料电池汽车。三横就是动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子以及新增加的网联化与智能化技术。

      燃料电池产品开发包括关键材料、核心部件、系统集成等。智能管理方面,包括电池电控、能源管理、智能互联等。最后才能真正应用到电动车辆、船舶、机站等。

      甲醇排放问题。甲醇反应会生成二氧化碳。随着技术进步,二氧化碳捕捉后,通过加氢反应可再生甲醇。最近几年国内也在倡导液态阳光,用绿氢产生碳中性的甲醇燃料。与汽油、柴油相比,甲醇的二氧化碳排放可以降低40%,硫氧化物、氮氧化物、颗粒物排放几乎为零。

      甲醇的毒性问题。在水中,甲醇的半致死浓度比其它燃料好得多,其毒性远远低于汽油、柴油等等。

      2006年,诺贝尔奖得主南加州大学的George Andrew Olah率先提出甲醇经济,实际上,甲醇经济也是氢能经济的一部分。

      高温甲醇燃料电池使用液态燃料,存储、携带、加注比较方便。提高温度后,一氧化碳问题几乎可以忽略,电极反应速率倍增。但耐高温聚合物电解质膜材料开发进展缓慢,国际上投入了大量人力财力,近几年有所突破。

      我们开展甲醇燃料电池研究开发近三十年,从电催化剂、电解质膜、膜电极、单双极板到系统集成、智能控制等,现已完成了电解质膜、多孔电极、膜电极、电堆生产线建设。授权专利230余件,获省部级以上奖9项,其中国家级奖项3项。

      2016年,我们组装了第一台高温甲醇燃料电池驱动的乘用车,运行结果表明,硫氧化物、氮氧化物近零排放,百公里燃料消耗费小于20元人民币,3辆车在大连试运行,受到了专家同行的一致好评。此外,高温甲醇燃料电池在景区车、房车、工程指挥车、应急电源车等方面应用前景广阔。

      11月8日,我们研制的高温甲醇燃料电池游船,在丹灶仙湖下水,动力电源为25kW,辅助电源5kW以满足照明、空调、热水等需求。与传统燃油相比,优势明显。欢迎在座各位去仙湖亲自体验。

      小结:我个人认为,氢能可能是能源的终极目标,低温PEMFC应用前景广阔;甲醇燃料电池优势明显,甲醇燃料资源丰富、价格低廉,跨越油气时代不可或缺;二次电池、低温PEMFC、高温甲醇燃料电池各有优缺,细分市场可能不同,但共存互补是大势所趋;燃料电池国家政策导向持续利好,希望大家携手并肩、通力合作、共创未来,谢谢大家。

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