鉅大LARGE | 點擊量：283次 | 2023年08月02日
車用燃料動力鋰電池的解決商業(yè)化挑戰(zhàn)
燃料動力電池要考慮各種車用工況下的可靠性和耐久性問題。從上世紀(jì)90年代到2005年，國際上解決了燃料動力電池對車用工況的適用問題。從2005年到2012年，燃料動力電池的成本實現(xiàn)了下降，其成本已經(jīng)接近純電動汽車，稍貴一點。之后，2015年成為了燃料動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展元年，實現(xiàn)了市場化。
其實，在2014年十二月十五日，豐田Mirai氫燃料動力電池車在日本正式上市，宣布成功商業(yè)化，同時宣布它的專利不收費，這對整個行業(yè)意義重大。但是由于加氫站的制約，豐田在推廣氫燃料動力電池小轎車之后，轉(zhuǎn)向了大巴車型，并從2015年開始在東京做示范運行。
目前，本田等各大公司也在推出燃料動力電池新型嬌車。最近，本田正與通用合作，建設(shè)燃料動力電池堆生產(chǎn)線。今后，隨著各大公司燃料動力電池堆生產(chǎn)線的建設(shè)，燃料動力電池的產(chǎn)量將會成倍新增。
就電池系統(tǒng)而言，受工況影響，燃料動力電池產(chǎn)業(yè)花了15年時間才解決了燃料動力電池在不同工況狀態(tài)下的車用需求，使用時間達(dá)到5千到1萬小時。工況對性能影響非常大，解決工況問題，首先要上電電混合，把工況變化壓力傳給鋰離子電池，燃料動力電池在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下運行，壽命大幅度提高。其次要防止電池長期處在大于0.85的高電壓下工作，在怠速、開路時可給二次電池充電，給水箱加熱或利用空氣循環(huán)。對車的啟停，要采用放電的方法，消除空氣進(jìn)入氫腔引起的高電壓等?，F(xiàn)在，國內(nèi)外的差距重要是在電堆的陽極水管理方面。我們希望國內(nèi)做發(fā)動機(jī)的公司盡快把這件事情做好，燃料動力電池的使用時間就有望提高1000-2000小時。
我們也希望科研機(jī)構(gòu)能夠與生產(chǎn)單位進(jìn)行深層合作，把控制衰減的方法更好地運用到電池系統(tǒng)當(dāng)中。但是，這些在單池已證明的各種有效方法，應(yīng)用到電堆上，還有很多工作要做，我們希望能夠通過真誠合作來提高電堆的可靠性和耐久性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從國際上看，空壓機(jī)成本下降速度比較慢。要想降低燃料動力電池系統(tǒng)的成本，降低空壓機(jī)和氫循環(huán)泵的成本很重要，氫氣瓶的成本也要大幅度下降。綜合來看，燃料動力電池汽車成本下降對燃料動力電池、空壓機(jī)、氫瓶、氫循環(huán)泵成本控制都要有嚴(yán)格要求。
在空壓機(jī)領(lǐng)域，比如佛山某廠商生產(chǎn)的空壓機(jī)，它的重要問題是噪聲比較大，可靠性稍微偏低。在氫氣瓶制造方面，我們已經(jīng)在生產(chǎn)35MPa的氫氣瓶，75MPa的氫氣瓶還在研發(fā)當(dāng)中。只有采用塑料內(nèi)膽（可鍍），才能用低強度的碳纖維，這樣氫瓶的成本也能降下來，但這要進(jìn)行大量的研發(fā)工作。
空壓機(jī)、高壓儲氫瓶是制約我們進(jìn)一步大幅度降低燃料動力電池成本的關(guān)鍵問題。我們也希望國家能夠供應(yīng)支持，解決這方面的問題。另外，我們還要盡快制定大巴車的安全標(biāo)準(zhǔn)，比如氫氣瓶到底能不能放在車底下，氫氣管線特別是接頭部分允不允許通過駕駛艙和載客艙等。我們還要考慮撞車以后，燃料動力電池的高壓如何解決?比如，目前豐田采用的是一個堆，一旦發(fā)生碰撞，一個堆200多伏電壓，而且里面有殘存氫，這將是非常危險的。這些問題都要從實驗和標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行解決，實現(xiàn)撞車后燃料動力電池電堆電壓迅速降至安全電壓以下。
碳紙這塊，國內(nèi)重要是中南大學(xué)在進(jìn)行研發(fā)，產(chǎn)品性能已超日本Torry公司，但是在國內(nèi)并沒有實現(xiàn)商業(yè)化，這重要是因為缺少資金支持?，F(xiàn)在，公司不太愿意對其進(jìn)行投資，重要是考慮到短時間內(nèi)的資金利潤率。因此，燃料動力電池關(guān)鍵材料的商業(yè)化問題、生產(chǎn)線的建立問題，是整個行業(yè)必須面對的最大問題。
對薄金屬雙極板，沖壓和激光焊接方面，我們的技術(shù)都已經(jīng)過關(guān)了，剩下的是表面改性技術(shù)，比如用等離子噴涂進(jìn)行表面改性。我們用金屬雙極板做出的電堆，工作電流密度是1安倍，比國際上的1.5安培的低，因此電堆的功率密度也比豐田、通用的低。
采用電噴涂制備的新型膜電極組件（MEA）比一般噴涂的產(chǎn)品性能好一點。而且在有序化電極方面，我們也做到了接近3M公司的水平，但是這種方法難以批量生產(chǎn)，要對其進(jìn)行改造，以適應(yīng)批量生產(chǎn)工藝要求。
我們與國外的差距部分還有MEA的在線水含量測量，這也是豐田的一個優(yōu)點。我們要向國外學(xué)習(xí)，比如豐田不僅能夠在線測量MEA水含量，而且能夠在線控制MEA水含量。目前，世界上在燃料動力電池發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，也只有豐田有這種在線水含量測量能力。
就加氫站的建設(shè)而言，我們已經(jīng)掌握了相關(guān)技術(shù)，但是仍然要考慮，實現(xiàn)國產(chǎn)化以后如何降低成本的問題。現(xiàn)在，我們要花近1400萬元才建設(shè)一個加氫站，國家補助400萬元。加氫站建設(shè)還需進(jìn)一步降低成本。
在示范運行方面，宇通在生產(chǎn)燃料動力電池大巴車領(lǐng)域是國內(nèi)比較早的，目前已經(jīng)做到四代產(chǎn)品了。宇通還建了加氫站，這在私企當(dāng)中是第一家。目前，宇通的加氫站已經(jīng)開始運行了。福田和億華通合作，也在生產(chǎn)燃料動力電池客車。廣州國鴻氫能科技公司的巴拉德的膨脹石墨雙極板生產(chǎn)線已經(jīng)建起來了，與巴拉德合作開發(fā)的產(chǎn)品重要是大巴車，目前已經(jīng)有30多輛車開始了示范化運營。
目前，國內(nèi)車用燃料動力電池發(fā)展有二條技術(shù)路線，一條以新源動力為代表的的自主研發(fā)，應(yīng)進(jìn)一步提高電池系統(tǒng)的可靠性與耐久性，并降低電堆的成本和鉑用量。另一條以廣州國鴻氫能科技公司為代表的引進(jìn)加拿大Ballard技術(shù)，希望能消化吸收并再創(chuàng)新，比如解決引進(jìn)技術(shù)的電堆不適于在零下溫度儲存和啟動問題。
