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一文读懂中国与国外氢燃料电池产业的差距

2019-06-03 10:48
来源: i能源

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器。氢燃料电池是将氢气作为燃料气在催化剂作用下与氧气发生反应产生电流和热量的一种装置。

燃料电池由于其燃料气来源丰富、效率高、无噪声、无污染的优点,从节约能源和保护生态环境的角度来看是最有发展前途的发电技术。下图为氢燃料电池工作原理。

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图1 氢燃料电池发电原理

在燃料电池发电应用方面,由一组电极和电解质板构成的单体燃料电池工作时的输出电压较低,电流密度较小,为获得高的电压和功率,通常将多个单电池串联,组成燃料电池电堆。

具体说,就是由双极板与膜电极交替叠合形成单体电池,在单体电池之间?#24230;?#23494;封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢,即构成电堆。

因此燃料电池电堆从组成上分为单电池和端板,单电池由双极板、垫圈/密封圈和膜电极组成(MEA),膜电极又由质子?#25442;?#33180;、催化剂层和气体扩散层组成,其中膜电极(MEA)是燃料电池中最为核心的环节。

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图2 燃料电池电堆构成

氢燃料电池产业链中,上游主要为氢的制取;中游主要为氢的储运、加氢站?#32422;?#29123;料电池电堆,电堆与空压机、储氢瓶?#20302;场?#27682;气循环泵等其他组件构成燃料电池动力?#20302;常?#19979;游则是氢燃料电池在交通领域和备用电源领域的应用,主要包括客车、轿车、叉车、固定式电源和便携式电源?#21462;?/p>

当前,氢燃料电池产业在我国发展极为?#26438;伲?#21508;地都在大力推进,?#26102;?#22320;开花之势。但是我国多地布局氢燃料电池产业主要以整车组装(目前主要以商用车为主)、示范运营为主,产业中非常重要的储氢及燃料电池等核心技术,我国企业布局较少。

清华大学核能与新能源技术研究?#33322;?#25480;王?#26174;?#22312;一次访谈中谈到:“我们国内有的做电堆的企业号称很大,但所有的原材料?#23478;?#36182;进口,国内公?#23616;?#35201;在做组装,买来膜和催化剂,再组装。关键技术和原材料?#24613;?#22269;外垄断。”

我国与国外在氢燃料电池产业方面总体来说还是有很大的差距,下表为国内外氢燃料电池产业核心指标的对比,并在后半部分对各个指标进行了简要说明。

表1 国内外氢燃料电池产业核心指标对比

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氢气的制取

目前我国制氢方式主要有化石燃料制氢、工业副产氢和水电解制氢,国外制氢方式和我国制氢种类差别不大。国内大部分的氢气产能来源于化石燃料制氢(煤制氢)和化工副产氢(石油炼化、?#29123;?#21103;产、乙烷裂解和丙烷脱氢等),国外氢气产能主要是天然气重整制氢和电解水制氢。国内制氢企业主要有国家能源集团、中国石化、中国石油等,国外具有代表性的公司有美国空气产品公司、德国?#31216;妗?#27861;液空、林德气体?#21462;?/p>

从氢燃料电池产业应用方面考虑,氢气的品质至关重要,氢气纯度越高,其燃料电池的效率越高。目前,各种制氢方式中电解水制氢产生的氢气纯度最高,可?#28304;?#21040;99.99%。

在电解水制氢方面,我国拥有世界上最大的风能和光伏装机,发电量?#26579;?#20840;球第一,但同时我国每年弃风、弃光较为严重,仅弃风电制氢就可以供100万?#22659;?#20351;用,弃光电制氢可供140万?#22659;?#20351;用。因此我国未来利用可再生能源制氢的空间巨大。

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