浅谈便携式燃料电池应用“拦路虎”

有之人 · 发表于 2019-7-9 19:18:18

[paragraph]燃料电池原理最早由英国物理学家William Grove提出，在20世纪60年代在美国航天领域正式应用，之后逐渐从这一特殊领域转向实用化领域。燃料电池在航空航天，尤其在无人机领域，以及家庭电源，汽车，移动电子设备，水下机器人等领域有广阔的应用前景【1】。
随着燃料电池技术不断升级，氢能利用系统的不断完善，特别是近年来伴随各类电子智能设备的崛起以及新能源汽车的风靡，燃料电池越来越受到市场的青睐。氢燃料电池主要应用于固定、运输和便携式三大领域【1, 2】。

[市场上相关燃料电池产品]
▼ 便携式燃料电池应用困境
燃料电池具有能量转化率高，能量密度高，噪音低，零污染等多种优势。但在国内之所以没有大规模应用，其原因是多方面的。我们今天主要谈一下汽车领域以外的便携式燃料电池面临的困难。
▼ 成本居高不下
1）质子交换膜及催化剂
质子交换膜及催化剂占了燃料电池成本很大的比重。质子交换膜作为电解质，起到传导质子，隔离反应气体的作用。燃料电池大都采用铂作催化剂，尽管近年来经过深入研究，使铂的用量降低了3 个数量级，但其成本仍然较高。
2）双极板
国内燃料电池主要采用石墨双极板，其技术虽已相当成熟，但机械强度差，加工成本高使其在工业上难以大规模应用。
3）用氢成本高
虽然目前氢气成本较高，但近年来随着国内工业副产氢气得到有效利用，以及风能太阳能等清洁能源的不断发展，未来氢气的成本一定会不断降低。
4）气瓶、瓶阀等配件成本高
除燃料电池及氢气外，阀门和气瓶等设备也给用户带来了一定的经济压力。

[市场上的燃料电池及相关组件]
▼ 技术成熟度低
中国在燃料电池催化剂、质子交换膜、碳纸等关键材料方面已经有所布局，但还处于实验室阶段，产品的一致性和可靠性尚无法保障。
当前，日本、美国、德国和韩国是燃料电池市场的主要统治者。氢能研发是韩国政府“21 世纪前沿科学计划”的主攻技术领域之一。韩国政府成立了“氢能研发中心”，针对韩国10年内氢能的发展，涉及氢能生产、氢能贮藏和氢能利用三方面，目前已经进入推广执行阶段。从专利技术细节来看，韩国关注膜电极组件。在应用方面，韩国更为关注燃料电池便携式应用【3, 4】。
▼ 氢气来源和安全隐患
目前国内针对小型化的便携式燃料电池及气瓶和瓶阀的法律法规和认证标准尚不健全，因而在安全性方面很难得到保障。
用户获得氢气主要有以下途径：
1）自行购买制氢加氢设备
该方案需要投入大量资金采购设备，需要占用较大的空间存放设备。用户需取得相关的制氢加氢资质。另外，氢气属于易燃易爆的气体，用户在制氢、储存及充装过程中存在极大安全隐患。
2）前往制氢厂家进行充装
国内氢气生产厂商一般位置较偏远，且充装压力一般低于20Mpa，不能满足用户的实际需求。另外，气体厂商的充装接头一般不适配用户的阀门。
3）前往加氢站进行充装
当前国内加氢站较少，且只针对汽车开放，其充装接头只适用于车用阀门。
▼ 斗山如何“突出重围”？
斗山集团从2014年收购美国UTC及韩国Fuelcell Power以来，拥有超过50年的PAFC和超过30年的PEMFC燃料电池研发和运营经验。斗山摩拜创新作为斗山集团的全资子公司，自2016年成立以来，凭借自身技术优势，深入布局中国、美国和韩国市场。突破重重困难，力图为用户提供高性能、低成本、高安全性和便捷性的便携式燃料电池。
▼ 成本节约
斗山摩拜创新的气瓶和瓶阀及相关配件可租赁给用户，用户无需承担购买气瓶及损耗的成本。
斗山致力于建立覆盖全国范围的氢气充装和配送网点，未来氢气的使用成本会进一步降低。
▼ 一流的技术
斗山摩拜创新自主开发的高性能金属堆，真正实现了便携式燃料电池的轻量化。金属材料的导电导热性能好, 资源丰富, 而且强度高。通过表面改性, 极大提高了金属双极板的导电性和耐腐蚀性能，提高了电堆的环境适应能力及使用寿命。完成核心部件电堆的自动化产线组装，最大限度减少产品缺陷和不良率，实现高品质电堆的量产。
斗山摩拜创新燃料电池拥有一套完善的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。
▼ 便捷性与安全性兼顾
斗山摩拜创新为用户提供便捷的氢气配送服务，于今年2月28日成功构筑35Mpa氢气充装产线。目前可实现广东省内3天，国内3~7天的配送服务。未来斗山将会在上海、北京、成都等地陆续建立气体充装站点，用户只需在移动客户端下单，便可享受到便捷的氢气配送服务。

[国内氢气充装产线]

[为用户配送的氢气瓶]
目前在韩国的氢气充装产线可同时为200只气瓶充气，为氢气的供应提供了可靠的保障。未来，斗山将不断拓展自己的业务范围，力图在全世界范围内建立便捷的氢气供应网络。

[韩国氢气充装产线]
斗山摩拜创新的气瓶及阀门先后进行了国际ISO认证，美国国土交通部DOT认证，欧洲高压容器CE认证，韩国高压容器KGS认证以及中国特检院企标登记（部分认证进行中）。在保障产品安全的前提下，最大程度提升产品性能。
斗山为用户提供的瓶阀符合IOS标准规定的自动泄放，2级减压，压力实时监控以及适配电子阀流量控制等要求。针对不同国家的法律法规，为不同国家的用户提供3型瓶和4型瓶。为用户安全使用保驾护航。

[各项安全性测试]
氢能的发展离不开广大合作伙伴和用户的支持，希望未来有更多的伙伴与我们同行，共同为中国氢能事业做出贡献。