質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀
90年代以來,基于質(zhì)子交換膜燃料電池高速進步,各種以其為動力的電動汽車相繼問世,至今全球已有數(shù)百臺以PEMFC為動力的汽車、潛艇、電站在國內(nèi)外示范運行。20世紀60年代,美國首先將PEMFC用于Gemini宇航飛行。伴隨著全氟磺酸型質(zhì)子交換膜碳載鉑催化劑等關(guān)鍵材料的應(yīng)用和發(fā)展,80年代,PEMFC的研究取得了突破性進展,電池的性能和壽命大幅提高,電池組的體積比功率和質(zhì)量比功率分別達到1000W/L、700W/kg,超過了DOE和PNGV制定的電動車指標(biāo)。表4-4-1列出了國內(nèi)外開發(fā)的幾種燃料電池汽車的主要性能指標(biāo),性能完全可以與內(nèi)燃機相媲美。
國內(nèi)外開發(fā)的幾種燃料電池汽車的主要性能指標(biāo):
|
Power |
Motor Power |
最高速度 |
加速時間 |
Climb |
里程 |
燃料消耗 |
ChaoYue3 |
50KW+15Ah |
65KW (max) |
122km/h |
19(0-100) |
20% |
230km |
1.12kg/100km |
Fokus FCV |
75KW |
70KW(max) |
128km/h |
15(0-100) |
20% |
250km |
1.76kg/100km |
Hydrogen 3 |
75KW |
70KW (max) |
140km/h |
15(0-100) |
20% |
400km(liq. H2) |
1.75kg/100km |
由于質(zhì)子交換膜燃料電池高效、環(huán)保等突出優(yōu)點,引起了世界各發(fā)達國家和各大公司高度重視,并投巨資發(fā)展這一技術(shù)。美國政府將其列為對美國經(jīng)濟發(fā)展和國家安全至為關(guān)鍵的27個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域之一;加拿大政府將燃料電池產(chǎn)業(yè)作為國家知識經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一加以發(fā)展;美國三大汽車公司(GM,F(xiàn)ord ,Chryster)、德國的Dajmier-Benz、日本的Toytomotor等汽車公司均投入巨資開發(fā)PEMFC汽車。
處于領(lǐng)先地位的加拿大Ballard公司已經(jīng)開始出售商業(yè)化的各種功率系列的PEMFC裝置。
在我們有中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、清華大學(xué)、上海空間電源研究所、上海神力等很多單位在開展PEMFC的研究,并取得了長足進展,接近國外先進水平。就技術(shù)而言,千瓦級的PEMFC技術(shù)已基本成熟,阻礙其大規(guī)模商業(yè)化的主要原因是燃料電池的價格還遠遠沒有達到實際應(yīng)用的要求,影響燃料電池成本的兩大因素是材料價格昂貴和組裝工藝沒有突破,例如使用貴金屬鉑作為催化劑;昂貴的質(zhì)子交換膜及石墨雙擊板加工成本等,導(dǎo)致PEMFC成本約為汽油、柴油發(fā)動機成本(50$/kW)的10~20倍。PEMFC要作為商品進入市場,必須大幅度降低成本,這有賴于燃料電池關(guān)鍵材料價格的降低和性能的進一步提高。