有關燃料電池發展潛力何在？ 需從質子交換膜的技術突破開始
日期：2024-11-25 07:41:06 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：544關于燃料電池，我國已在《中國制造2025》中提出，到2020年，實現燃料電池關鍵材料批量化生產的質量控制和保證能力;到2025年，制氫、加氫等配套基礎設施基本完善，燃料電池汽車實現區域小規模運行。
燃料電池車型無論是在環保方面的零污染，還是其能源補給(加氫)時間短以及超長續駛里程，都是其他新能源汽車所不能及的。但受制于目前較高的技術和產業壁壘以及關鍵技術缺失導致燃料電池高額成本負擔，使用昂貴的質子交換膜、用貴金屬鉑作為催化劑，以及石墨雙極板較高的加工成本，都使得氫燃料電池車型的成本和售價遠高于普通燃油客車和其他電動車型，影響了商業化進程。
電子科技大學教授何偉東在燃料電池研討會上表示，即便如此，國內市場現有及潛在燃料電池市場巨大，包括航天、電動汽車備用電源，無人機等領域都適用于燃料電池。與此同時，國家、地方省市對氫氣燃料電池政策傾斜，關鍵技術突破勢在必行。
作為燃料電池重要組成部分的質子交換膜也是關鍵，對于此技術的發展狀況，何偉東表示燃料電池堆(主要包括雙極板、質子交換膜、催化劑)目前基本依賴進口。特別是質子交換膜燃料電池的關鍵核心材料技術上落后與美國、德國和日本，最優質的質子交換膜被美國杜邦公司長期壟斷。
何偉東介紹道，質子交換膜關鍵在于質子和離子的傳導率，其研究團隊在國家及四川地方政府、高校支持下，經過一年的反復研究實驗，終于推出新一代質子交換膜，其擁有更低的成本及更高的質子傳導率。并且該質子交換膜的質子傳導率達到美國杜邦公司型號Nafion 117質子交換膜的1.78倍。在成本方面，相比目前市場主流產品價格能降低10倍左右，可以做到10元左右每平方厘米。(杜邦Nafion PFSA 薄膜和分散液憑借其出色的能量輸出和耐用性蜚聲燃料電池業，成為多種能量存儲和汽車應用的理想選擇。杜邦科研在燃料電池業不斷創新，推出了杜邦薄膜，美國杜邦的膜和薄膜產品為眾多應用和工藝技術提供化學和機械屬性組合，包括家用電子產品、燃料電池、航空航天、汽車、工業應用領域。)
有關燃料電池發展潛力何在? 從質子交換膜的技術突破開始
何偉東團隊歷時1年研發的質子交換膜
燃料電池雖然存在較大的缺點：例如鉑催化劑成本高、放電啟動慢、電池系統穩定性差等。但其擁有高轉化率(>60%)、排污少、多種燃料氣體(氫氣、甲烷、醇類等)優勢，在轉化率方面，依然有幾十個百分點的能力損失有待挖掘和進一步提升。
而對于從美國回國后任職于電子科技大學的何偉東為何選擇燃料電池中的質子交換膜而不是鉑催化劑作為主攻領域呢?帶著固有科研人員氣質的他直言不諱，燃料電池結構中的鉑催化劑在國際領域是繞不過去的問題，主要在于成本上的控制，而這主要技術提升點在于通過減少鉑金的用量，加大其接觸面積，找到尺寸和性能穩定性的結合點。(催化劑主要是表面起作用，內部并不起作用)理論上講顆粒越小，活性越好，催化效果就增強。但是問題是小到一定程度容易被硫化物毒化(空氣中含有)，容易吸附硫化物從而使得其催化效果大打折扣。其次，鉑金屬是FCC晶體結構(面心立方晶胞，每個晶胞含有4個金屬原子。)哪個表面在外邊是很難控制。
對于質子交換膜，他表示通過長時間調研發現做質子交換膜的粉粒、漿料，國內已經做得水平較好。在國際方面也擁有核心技術優勢，基于氣體擴散測試的能量損失分析技術和基于電泳法的電池材料技術及原創薄膜材料工藝。此外，目前燃料電池的材料及測試存在的問題主要在于兩點，一是以往測試器件只適用于固體氧化物燃料電池，工作溫度在500攝氏度以上，電池材料厚度可控性在10微米左右，孔率與孔形貌可控性均欠佳，需要做的改進是要降低測試溫度，將高溫測試推廣至質子交換膜燃料電池(動力燃料電池)的低溫測試;提高材料孔率、孔形貌及厚度的可控性。
一方面在于包括質子交換膜在內的核心部件的技術創新上，另一方面在氫燃料電池車型研發上，國內科研機構及制造企業一直在探索，在近十年的開發和研究中，我國氫燃料電池車型也取得了一定進步。從宇通推出全新一代氫燃料電池客車，到福田歐輝客車獲得100輛氫燃料電池客車的訂單，再到28輛氫燃料客車將在廣東佛山、云浮示范運營。都在預示著氫燃料電池客車逐漸步入商業化運營。
何偉東簡介：