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          科學家回信|衣寶廉:燃料電池車的商業化是氫能應用突破口

          2024-02-21 09:11:25 來源: “學習強國”學習平臺 中國科學報社

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          編者按:2023年5月起,“學習強國”學習平臺與中國科學報社聯合發起“科學家回信”活動,邀請廣大讀者向自己心中向往尊敬的科學家、科技工作者提問、留言。活動啟動后,“學習強國”“科學網App”收到了讀者的踴躍留言。我們精選了讀者田世艷的提問,請中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉發出第四十三期回信。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          以求索之問激發科學探討,以互動回應碰撞科學新知,“學習強國”“科學網App”愿成為公眾與科學的信使,歡迎你繼續在評論區留言。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

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          讀者田世艷:氫能源還有多久會在新能源汽車中普及?以何種形式?需要突破哪些關鍵技術?RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          衣寶廉:要實現碳達峰碳中和目標,必須大力發展可再生能源。由于可再生能源的隨機性、波動性、季節性,必須大力發展儲能,確保電網的穩定運行。利用可再生能源電解水制綠氫,是最廉價的儲能方式,同時還可以實現可再生能源再分配,解決可再生能源地區分布不均的問題并發展氫—電供能體系。氫能還可以用于難脫碳的交通、冶金、建筑等領域脫碳(編者注:人們生活與生產過程中,需要能源,如果能源中不含碳,就是脫碳,如用氨做能源;難脫碳是指用不含碳能源比較困難,又不適于用電,如汽車、飛機、冶金等)。其中,燃料電池車的商業化是氫能應用的突破口。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          北京冬奧會期間千輛級燃料電池車的示范運行,證明燃料電池特別適合寒冷冬季運行,也證明了燃料電池車的五大優點:RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          1.比能量高,特別適用重載和長途車。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          2.燃料電池發動機的發電電堆與儲氫罐是分開的,只要加強氫的檢測與控制,就不會產生燃燒與爆炸。現在全世界有八萬多輛燃料電池車在運行,還沒有一輛車發生燃燒和爆炸的情況。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          3.加氫與加油速度在同一數量級(編者注:即加氫時間與加油時間基本相等)。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          4.冬季續駛里程不縮短,沒有里程焦慮。燃料電池發動機廢熱還可為車輛供暖。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          5.續駛里程、駕駛舒適性可以和燃油車媲美。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          目前為止,由于下述三點不足,燃料電池車還沒有實現商業化,只能靠政府補貼或獎勵進行示范運行。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          1.由于燃料電池電堆和系統制備費用高,導致燃料電池車的售價是燃油車的兩倍多。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          2.由于綠氫制備和儲運費用高,燃料電池車的運行費用也遠高于燃油車。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          3.加氫站的建設費用也是加油站和充電站的好幾倍。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          為實現燃料電池車的無補貼運行,需要在國家政策的支持和引導下,科技部門和企業合力攻關。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          首先,應降低電堆與系統成本。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          1.突破卡脖子技術并實現批量生產。如研發、制備高活性,低鉑的電催化劑并進行批量生產;空壓機、氫氣壓縮機研制與批量生產;70兆帕儲氫瓶試制與批量生產等。目前燃料電池車用的四型儲氫瓶就是70兆帕。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          2.科技創新,提高電堆額定工況的工作電流密度,即提升車用燃料電池電堆比功率。由現在每平方厘米1.5~2安培提高到4~5安培。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
              3.提高發動機系統的可靠性與耐久性。特別是電堆運行時膜電極三合一的水含量測量與平衡控制;改進電堆組裝工藝,提高電堆內單池性能的一致性等。使燃料電池發動機壽命達到用戶保質期的要求。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          預計到2030年,在上述工作基礎上,燃料電池發動機成本可由現在每千瓦3000元左右降到500~1000元。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          其次,要降低氫源的費用。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          1.從長遠來看:東北、西北和西南的可再生能源制氫,可用管道或天然氣管網輸送氫到中、東部。沿海城市,海上風電制氫,建氫氣輸送管道輸送到中心加氫站。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          2.從近期來看:優先利用副產氫,先凈化應用。同時開展抗毒氫氧化電催化劑的研發與生產,就可以直接利用廉價的副產氫。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          無副產氫地區,可開展天然氣、煤層氣裂解制綠氫和碳材料,給燃料電池車供氣。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          最后,要降低加氫站建設費用。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          在氫源附近建設中心加氫站,中心站配備氫壓縮機,也就是氫的分配站。依托中心加氫站,建不配置氫氣壓縮機的油氫合建站,大幅度降低加氫站的建設費用。運輸氫氣的列管運氫車可采用三型或四型高壓氫氣瓶。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          到2023年10月,我國氫燃料電池汽車累計銷售18197輛,僅次于韓國的3.4萬輛,已成為全球第二大燃料電池汽車市場。我國累計建成加氫站417座,數量位居全球首位。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

          但目前燃料電池車仍處在大規模示范階段,只有當氫源和燃料電池車售價降到與燃油車差不多的程度、氫能高速公路聯網、市內加氫站實現基本普及,燃料電池轎車才可能進入尋常百姓家。按現在燃料電池車的成本與氫源的售價下降速度,以及加氫站的建設速度,預計2030年前后,燃料電池轎車能進入尋常百姓家。RuW流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM

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