新源动力石伟玉：氢能是实现可再生能源高效利用的载体
2016-11-29 14:19:52
摘要：新源动力石伟玉在2016中国国际氢能与燃料电池产业发展大会—燃料电池专场上作主题演讲时表示，氢能是通过燃料电池技术实现可再生能源高效和清洁利用的载体。
以下为石伟玉博士演讲文字实录：
石伟玉：大家好，燃料电池从2012年开始汽车公司关注降低成本，如何配套建设新的基础设施，举个例子，丰田车用燃料电池的技术进步的路径，从92年丰田开始FCV的开发，96年第一辆FCV的车上路测试，丰田公司自己做报告提供的信息，08年技术的问题基本上得到了解决，下面的工作转向了成本的控制，丰田2014年12月份，丰田米莱开始发售，2020年目标是每年三万辆，前面三个是比较有代表性的，丰田2014年12月份米莱已经上市，2013年2月份真正量产的燃料电池车型是现代RS35车型上做出来的，2014年在韩国本土开始了销售，还有很多公司比如通用燃料电池投入的很早，投入的精力也很多，中间也走了一些技术上跨越了很多障碍，相对来说没有那么激进，主要是做技术的储备。
燃料电池汽车是新能源汽车的重要组成部分，这个月初在另外一个会上，欧阳教授发布了我国新能源汽车的路线图，我们也看到，国家层面对燃料电池技术有明确的规划，在近五年内，自主燃料电池技术有一些欠缺，主要是发展中等功率电池和大功率做电电混合的方案。
大家比较关注的是中国政府对燃料电池扶持政策，政府的扶持政策对行业发展起到重要的推动作用，从燃料电池汽车的补贴在2020年之前不仅没有退坡，而且恢复到2015年的水平。反应了我国政府对燃料电池的持久比较积极的态度。
国内越来越多电动汽车开始走燃料电池的技术研究，涉足燃料电池基础开发的车企但是并不是很全面。下面的图，国内做燃料电池技术比较有代表性的企业，上汽集团08到2015年四代燃料电池技术的进步，从图上看到，从功率密度、可靠性、耐久性和冷启动有长足的进步。
这是我国生产的燃料电池车的数量，右面是燃料电池车上公告的数量，可以看到从2012、2013、2014年没有上公告的燃料电池车型，05年现在燃料电池上公告的数量有明显的增长。
我们做过两次示范，北京奥运会和上海世博会进行了规模燃料电池汽车的试运行，世博会投入了将近两百台，乘用车和客车一百台观光游览车。
2014年上汽集团启动了新能源车汽车万里行，车队三辆燃料电池车，走了中国的南线和北线，最西到日喀则，最北到了大连，巡游三个月，车队行驶里程超过一万公里，燃料电池车可靠性得到了很好的验证。
新源动力燃料电池方面的技术发展和应用，简单介绍一下新源动力的情况，2001年成立，总部在大连，上还有专注于系统的子公司，主要的股东包括上汽、中科院等，国内燃料电池公司拥有最多的专利权，其中230多项是发明专利，也有比较专业的团队，建立了ISO9001的质量体系。
公司的产品包括膜电极、电堆以及相关的基础服务，公司按照ISO9001的标准，建立了从技术研究到产品开发、产品制造的完整的质量管理体系，目前公司膜电极的生产能力是三千平米每年，2018年规划两万平米，电堆模块生产能力三百台，2018年是规划一千台每年，系统的生产能力是一百台，2018年是规划五百台，生产车间的情况，如图。
燃料电池技术应用端，除了做车用燃料电池系统和电堆产品以外，也做一些分布式发电和备用电源，主线是车用燃料电池，十五我们作为子课题单位参与了863，节能与新能源汽车发动机课题，十一五承担了燃料电池新能源汽车节能发动机课题，“十三五”承担了燃料电池电堆项目。
公司的产品分成三个大类，燃料电池系统，有两款的产品，一个是30千瓦、另一个是60千瓦，30千瓦是针对商用车和特种车辆，60千瓦是针对客车类的用户，燃料电池系统包含了燃料电池电堆和所有完整的BOP，燃料电池模块是燃料电池电堆，又分成两代产品，两款产品 HyMOD300是复合双极板技术、400是全新的金属板电堆，燃料电池电堆模块+BOP，有一些汽车的客户对零部件的掌握能力会更强，特别是燃料电池里面几个关键零部件，空压机和电子水泵，针对这类客户自己来开发，汽车客户自己来配相应的空压机以及散热器。
HyMOD300已经累计生产将近两百台，主要打在上汽的荣威350、960，在我们公司从01年开始做了15年，这个产品最大的优点是可靠性非常高。
HyMOD400是高的功率密度，模块功率密度达到2.5升每千瓦。电堆在前面300、400模块中用的是第二代和第三代电堆，第二代是复合双极板，第三代是金属双极板，电堆的技术进步来看，比功率密度从第一代电堆不到一千瓦每升，到现在已经做到三千瓦每升。
它不含空气压缩机和电子水泵和散热器，燃料电池系统，30千瓦和60千瓦，如图。燃料电池的技术进步过程中有三个最重要的主题，耐久性、性能和成本，我们公司最近这个阶段在这三个方面取得的进展，性能上在一个全面单尺，300多平方单电池上得到的极化曲线，我们做到1.6安培0.65伏，功率密度一瓦每平方厘米，在氢氧加起来得到的极化曲线，3安倍电压是0.55到0.56伏。
耐久性方面，也做了很多工作，耐久性测试对燃料电池来说非常的重要，耐久性的测试是非常费时费力的，如何建立加速工矿，贴合客户的要求，准确对关键材料和关键部件进行评估是非常困难的，整车测试很多工矿，美国的CAFI工矿、欧盟的NEDC工矿，很多是从传统的内燃机工矿借鉴过来的，对整车经济性和效率测试是有很重要的借鉴意义，但是对燃料电池关键部件的测试这些工矿未必是合适的。我们公司针对这种工矿，在日本的FCCG的工矿下自己建立了标准的测试工矿，我们分了五个部分，针对不同关键材料的失效机理分五个部分，高电位的时候，碳载体会腐蚀速度比较快，高氧浓度膜降解也会比较快，模拟车的怠速的阶段，第三个阶段是匀速的行驶，电位是0.8伏左右，这个电位下依然会有溶解，膜的降解也会发生，第四个阶段是高速行驶，燃料电池有个大功率的输出，0.6伏会有GDL缩水性的下降，水管理不好，会有膜的机械性的损伤和化学的降解，加减速的过程，催化剂的表征很多用0.6到0.9来表征，这个电位下膜会有非常快的溶解聚集和迁移的现象，这个工矿下，燃料电池的水管理做的不好，膜的溶胀特性会带来严重的机械性的损伤，针对关键原材料也建立了自己完整的测试和评价标准以及耐久性的工矿。
燃料电池膜电极的测试结果，到今天为止测试3100小时，目标是测到五千小时，三千小时以后额定电流密度下0.8每安培电压衰减0.6，现在运行过程中是稳定的状态，ECA下降来看，ECA下降是性能衰减主要的原因，上面的工矿其实非常的频繁，整个周期一个循环周期只有3分钟，这样剧烈的动电位循环下催化剂本身稳定性是得到很强的考验，三千小时以后ECA下降接近80%，ECA的下降有两方面的原因，第一是碳载体的腐蚀第二是膜本身的通过迁移或者是溶解的原因，造成膜本身稳定性的下降，测试过程中也在监控碳载体表面积的变化，其实变化并不是很大，如果在起停过程中没有发生超过1.0腐蚀作用。一个电堆的评价，标准的产品是40千瓦的模块，三千小时寿命评估下来，氢气的费用将近80万块钱，电堆的评价两种加速的工矿，左边功率的变化更快，右边的工矿是类似燃料电池的功率变化会相对来说不是那么的剧烈，会在几个重要的操作点相对稳定来运行。
300的产品，做了3200小时的寿命测试，0.74安培电压的衰减超过了30%。右边的工矿比较的柔和，性能在三千小时测试以后电压衰减是额定功率点衰减7.7，燃料电池的寿命不仅仅是燃料电池膜电极和电堆自身的问题，是整车动力的匹配关联性很大。
降低成本方面，从01年开始做燃料电池第一代电堆，现在是第四代概念堆，现在成本下降非常的明显，现在只是第一代电堆的成本20%到30%，降低成本的途径，性能的持续提升，从0.3瓦每平方厘米，现在做到1瓦每平方厘米，我们得到了综合降低成本的目标。
新源动力多年来致力于发展车用燃料电池技术，跟客户也开展了多样化的合作，即可以提供膜电极、电堆系统的实物，也可以提供技术和研发服务，除了定型产品也在开发全面满足车用客户需求的新一代电堆和系统，燃料电池产业的发展需要完整稳定的产业链，希望汽车和动力系统公司客户端加快燃料电池的开发应用，催化剂或者是质子交换膜，关键的原材料和空压机和电子水泵等关键零部件的产业也得到快速的发展。
如图，公司厂区里在建的通过风能和光伏核发电，电解制氢的加氢站，风力发电机、太阳能和风力发电通过电解水的技术得到氢气，加氢站可以具备35兆帕和70兆帕的加氢能力，主要想说明，以氢能为载体，通过燃料电池技术实现可再生能源的高效和清洁的利用，是在座所有同仁的理想和愿望。
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