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甲醇制氢+燃料电池技术,成为汽车产业的新宠

编辑:管理员   浏览:   日期:2019-04-03

2019年3月14日,工信部会同发改委、科技部、公安部、生态环境部、交通部、卫生健康委、市场监督总局,以工信部联节【2019】61号文件,正式下发了《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》。《指导意见》全面揭示和启动了我国甲醇汽车的推广应用,由此带动了我国工业领域动力燃烧和热力燃烧应用甲醇燃料的全面推进。


3月19日,《指导意见》正式在工信部网站上公开发布,引起了行业和产业极大的关注,特别是《指导意见》中第五条指出的“鼓励和支持企业研发甲醇混合动力汽车、甲醇增程式电动汽车、甲醇燃料电池汽车产品。加快甲醇汽车科研成果转化及产业化应用”。可以说既是给新一代甲醇汽车的发展指出了方向,也是给甲醇汽车制造企业,乃至汽车行业提出了新的挑战。相信甲醇燃料动力燃烧技术的应用,甲醇燃料电池技术的应用,一定会有一个较大和较快的发展。



能源界新秀---甲醇燃料

 

甲醇作为一种(碳、氢)能量的载体,本质洁净,其常温常压液态的基本物理属性,使得储、运、用以及能量形式的转换更加安全便捷。甲醇由于来源广泛、经济体量巨大、全产业链可持续发展,已逐步为全球业界公认是一种理想的新型清洁可再生燃料。

 

甲醇作为一种燃料,始于第二次世界大战后期,当时德国、日本、意大利等国家矿产资源严重匮乏,为了不受制于人,甲醇被作为汽油的替代品使用,在那时发挥了巨大的作用,当时的德国开发出的“超级油料”就是甲醇、汽油和添加剂制成的成品燃料,由于当时的技术无法规避甲醇对金属和橡胶件的腐蚀问题,德国将其用来充当火箭燃料。 


甲醇再一次作为燃料进入人们的视野是在上世纪七十年代,被视为替代燃料以应对原油价格的冲击。

1。1997年奔驰公司推出了第一台以甲醇作为燃料的FCV,Necar 3,它通过甲醇水蒸气重整技术将甲醇重整,得到氢气并将氢气导入电堆发电,此过程中氢气即产即用。

2.2000年推出的奔驰Necar 5,这款车在Necar 3的基础上,在性能方面有着极大提升,尤其体现在“减体积”方面。

3.1996-2004年间,本田公司也在燃料电池领域就甲醇重整制氢做了相应的研究,并推出了相关车型。 


甲醇在欧美和日本均属于化工产品,日常生活中人们和甲醇的关联度不高,对甲醇的接触和了解程度远不如中国。在中国,甲醇作为“燃料”,已经经历了多年的发动机研发和实车推广测试工作,甲醇供应链完备。 

 

甲醇能源推动汽车制造业发展

 

甲醇重整制氢在海外经历了长达10年(2006-2016年)的低潮期,仅仅在备用电源领域有所应用。而国内从2010年起,开始有企业对此关注,做相应的研究,并从2014年开始逐步推出产品。


2011年,世界大学生运动会在深圳举行。当年,市政府决定推广2011辆新能源车,其中1000辆采用了磷酸铁锂电池。也正是这批电池催生了甲醇燃料电池在汽车上的应用:因为那一批的锂电池电动车里程衰减太快,迫切需要解决方案,有人开始考虑用燃料电池给锂电池随车充电——增程式。


2015年,Mirai横空出世,7万美元的售价,113kW的电堆,一下子打开了中国氢燃料电池工作者的思路:燃料电池可以做到很便宜。性能上不需要一口气达到100kW以上,可以从30kW开始。 


在这个技术路线的指导下,基于甲醇重整燃料电池发电系统开始进入我国汽车制造业的视野,正式迈入中国汽车产业的发展舞台,并由此开始在中国得到深入研究。


甲醇重整制氢+氢燃料电池系统作为“发电机”系统,主要有三种技术路线:


  A. 第一类技术是甲醇重整+高温燃料电池(甲醇重整制氢高温燃料电池),这类技术是现阶段发展比较快的技术路径,代表企业有丹麦Senergy、博氢Palcan,已在电动车及其他特殊领域得到应用。 


高温燃料电池是指工作温度在160℃以上的质子交换膜技术。相比于85℃左右工作温度的常温/低温系统,高温燃料电池的160℃工作温度可以保证氢气在电堆内反应后的产物都是水蒸气,而不存在液态水的可能。目前高温燃料电池与低温质子交换膜燃料电池都是目前最成熟的燃料电池技术,然而,高温燃料电池最大缺陷在于效率低、体积大、催化剂和膜的技术问题未得到有效解决,同时它还面临着产业化的问题。

   


B. 第二类技术是甲醇重整制氢+氢气提纯+低温燃料电池(水氢技术),该路径是甲醇重整制氢技术与低温纯氢燃料电池技术的集成。将甲醇水重整获得的富氢进行提纯,获得99.9999%纯度的高纯氢,氢气再进入燃料电池电堆发电。代表企业有上海合既得、广东合即得、广东能态、山东潍氢等水氢系企业。目前水氢技术已经成功应用在电动车、通讯基站电源上,得到广泛认可。

低温纯氢燃料电池是目前最成熟、最高效的燃料电池技术,早已实现了批量生产,并在众多应用领域广泛应用。目前实现商业化应用的燃料电池汽车都采用的是低温燃料电池系统,比如丰田Mirai、本田Clarity。

 

 

   


C. 第三类技术是甲醇重整+除CO装置+低温燃料电池。 

这一技术的特点是,通过催化剂,对甲醇重整产生的混合气中的CO进行选择性氧化,使之变为CO2,从而以混合气的形式进入到低温堆的阳极,氢气参与反应发电,其他气体从阳极排出。目前,主要以欧洲部分研究所研究为主导。

除以上三种甲醇重整制氢燃料电池系统外,还有一种就是直接甲醇燃料电池DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)。电堆的结构也是PEM的结构,双极板加质子膜是主体部分。然而,与其他燃料电池相比,尽管DMFC的优势明显,但其发展却比其他燃料电池缓慢。


 

来源:专家讲堂||浅谈甲醇燃料电池汽车:中国发展现状及趋势

注:本文信息仅供分享交流

 

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