鉅大LARGE | 點擊量：561次 | 2022年09月28日
燃料動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢
近年來，全球經(jīng)濟發(fā)展迅速，對能源的需求越來越大。伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題顯得越來越突出，急需尋找到一種可以代替能源又環(huán)境污染小的經(jīng)濟發(fā)展方式。燃料電池行業(yè)便應運而生，早在50世紀年代50年代初，熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）由于其可以作為大規(guī)模民用發(fā)電裝置的前景而引起了世界范圍的重視。其它種類的電池也在不斷研發(fā)和創(chuàng)新中進步。
燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學裝置，又稱電化學發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過電化學反應把燃料的化學能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應的限制，因此效率高；另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料；同時沒有機械傳動部件，故沒有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。由此可見，從節(jié)約能源和保護生態(tài)環(huán)境的角度來看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。
根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、和質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）五種。
燃料電池具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染小、比能量高、噪音低、燃料范圍廣、可靠性高等優(yōu)點。隨著各國國家政策的推進以及環(huán)保的要求，燃料電池在新能源汽車領(lǐng)域得到不斷應用。
燃料電池市場
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
2012-2017年從銷量來看，全球燃料電池增長快速，從4.6萬套增長到7.3萬套，2017年同比增長為15.87%。累計出貨37.3萬套，年復合增長率為10%。隨著成本的下降以及技術(shù)的突破，預計2019-2025全球燃料電池銷量將會快速增長。
從出貨量來看，2012-2017年累計出貨量為2511MW，年復合增長率為32%。
發(fā)展趨勢
根據(jù)國際氫能源委員會發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)研報告》，預計到2050年，氫能源需求將是目前的10倍。預計到2030年，全球燃料電池乘用車將達到1，000萬輛至1，500萬輛。由于市場潛力大，大企業(yè)加大研發(fā)，一些國家也加大支持力度，力圖通過發(fā)展氫能解決來能源安全，并掌握國際能源領(lǐng)域的制高點。目前氫能在日、美、歐發(fā)展迅速，在制氫、儲氫、加氫等環(huán)節(jié)出現(xiàn)了很多創(chuàng)新點，燃料電池技術(shù)也獲得新突破。
一、制氫：可再生能源制氫項目增多，電網(wǎng)協(xié)同效應得到重視
制氫的過程也要消耗能源，這也是氫能受到一些詬病的根源所在。破解此問題的一個重要方法是用可再生能源制氫，尤其是將本來棄掉的風電、太陽能發(fā)電轉(zhuǎn)化為氫最為經(jīng)濟。
《BP世界能源展望（2017年版）》預計，到2035年可再生能源的增長將翻兩番，發(fā)電量增量的三分之一將源自可再生能源。利用可再生能源制取氫氣開始備受關(guān)注，可再生能源制氫研究成果及示范項目也在不斷涌現(xiàn)。
豐田提出了從生物和農(nóng)業(yè)廢料中制氫的技術(shù)路線。豐田將在美國長灘港建造兆瓦級可再生能源加氫站“Tri-Gen”，該設(shè)施從生物和農(nóng)業(yè)廢料中制氫，可提供約2350kW的電力和每天1200kg氫氣，可滿足2350個家庭和1500輛燃料電池汽車的日常使用。
德國推出的powertogas項目即收集用電低谷時可再生能源的剩余電力通過電解水的方式制造氫氣，再將生成的氫氣注入當?shù)氐奶烊粴夤艿乐羞M行能源的儲存。隨著此類項目的增多，電網(wǎng)的協(xié)同效應逐步得到驗證。
二、儲氫：液氫儲運或?qū)⒊蔀榘l(fā)展重點
現(xiàn)階段液氫儲運逐漸成為研發(fā)重點，日、美、德等國已將液氫的運輸成本降低到高壓氫氣的八分之一左右。日本已經(jīng)將液氫供應鏈體系的發(fā)展作為解決大規(guī)模氫能應用的前提條件，基本思路是以澳大利亞的褐煤為原料生產(chǎn)氫氣，再通過碳捕捉實現(xiàn)去碳化，然后通過船舶運回日本使用。為了支撐液氫供應鏈體系的發(fā)展，解決液氫儲運方面的關(guān)鍵性技術(shù)難題，企業(yè)積極地投入研發(fā)，推出的產(chǎn)品大多已經(jīng)進入實際檢驗階段，如巖谷產(chǎn)業(yè)開發(fā)的大型液氫儲運罐，通過真空排氣設(shè)計保證了儲運罐高強度的同時實現(xiàn)了高阻熱性。
目前，液氫加氫站開始亮相國際舞臺，已遍布日本、美國及法國市場，目前全球近400座加氫站中，有三分之一以上為液氫加氫站。在日本，巖谷產(chǎn)業(yè)公司已經(jīng)成功建立了16座液氫加氫站，美國液氫加氫站的建設(shè)企業(yè)以Plugpower、Airproduct公司為主，法國市場的液氫加氫站建設(shè)企業(yè)主要是林德公司。我國的液氫工廠還處在為航天火箭發(fā)射服務(wù)的階段，受法規(guī)所限，還無法應用于民用領(lǐng)域。
三、加氫：加氫站建設(shè)速度加快，混合站日益增多
加氫站作為燃料電池汽車的配套基礎(chǔ)設(shè)施，隨著燃料電池車輛的推廣應用，其建設(shè)與推廣也受到了重視。據(jù)H2stations.org統(tǒng)計，2016年全球新增92座加氫站，其中83座是對外開放的，其余9座則專門為公交車或車隊客戶提供服務(wù)。為了適應規(guī)模化運營的需要，加氫站的日供氫能力逐漸提高。隨著氫燃料電池汽車的推廣，每天可為30-50輛客車或100輛乘用車提供加氫服務(wù)的加氫站逐漸出現(xiàn)并成為主流。
加氫站運營呈現(xiàn)集成化、模塊化發(fā)展的新趨勢，混合站數(shù)量逐漸增長。混合形式從獨立式加氫站、加油站并設(shè)加氫站，發(fā)展到加油站、加氣站、加氫站三站合一，以及與便利店并設(shè)、與充電樁并設(shè)的加氫站。為燃料電池汽車的普及提供了更多樣化的基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。
四、技術(shù)：核心部件成本顯著降低，新型催化劑成研發(fā)重點
日本九州大學研發(fā)出的可以在不同pH值環(huán)境下分別氧化氫和一氧化碳的催化劑，該催化劑是含有獨特“蝴蝶”結(jié)構(gòu)的鎳和銥金屬原子的水溶性絡(luò)合物，可以模擬兩種酶的功效，酸性介質(zhì)中的氫化酶（pH4-7）和堿性介質(zhì)中的一氧化碳脫氫酶（pH7-10），可以有效避免催化劑中毒并提高氫能的生產(chǎn)效率。
降低鉑用量的催化劑技術(shù)也陸續(xù)出現(xiàn)突破。查爾斯理工大學和丹麥科技大學聯(lián)合研究的納米合金催化劑可以降低約的鉑用量，從一定程度上解決了燃料電池商業(yè)化的瓶頸。
