淺談便攜式燃料電池應(yīng)用“攔路虎”

燃料電池原理最早由英國(guó)物理學(xué)家William Grove提出，在20世紀(jì)60年代在美國(guó)航天領(lǐng)域正式應(yīng)用，之后逐漸從這一特殊領(lǐng)域轉(zhuǎn)向?qū)嵱没I(lǐng)域。燃料電池在航空航天，尤其在無人機(jī)領(lǐng)域，以及家庭電源，汽車，移動(dòng)電子設(shè)備，水下機(jī)器人等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景【1】。

隨著燃料電池技術(shù)不斷升級(jí)，氫能利用系統(tǒng)的不斷完善，特別是近年來伴隨各類電子智能設(shè)備的崛起以及新能源汽車的風(fēng)靡，燃料電池越來越受到市場(chǎng)的青睞。氫燃料電池主要應(yīng)用于固定、運(yùn)輸和便攜式三大領(lǐng)域【1, 2】。

[市場(chǎng)上相關(guān)燃料電池產(chǎn)品]

▼便攜式燃料電池應(yīng)用困境

燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高，能量密度高，噪音低，零污染等多種優(yōu)勢(shì)。但在國(guó)內(nèi)之所以沒有大規(guī)模應(yīng)用，其原因是多方面的。我們今天主要談一下汽車領(lǐng)域以外的便攜式燃料電池面臨的困難。

▼ 成本居高不下

??1）質(zhì)子交換膜及催化劑

質(zhì)子交換膜及催化劑占了燃料電池成本很大的比重。質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，起到傳導(dǎo)質(zhì)子，隔離反應(yīng)氣體的作用。燃料電池大都采用鉑作催化劑，盡管近年來經(jīng)過深入研究，使鉑的用量降低了3 個(gè)數(shù)量級(jí)，但其成本仍然較高。

??2）雙極板

國(guó)內(nèi)燃料電池主要采用石墨雙極板，其技術(shù)雖已相當(dāng)成熟，但機(jī)械強(qiáng)度差，加工成本高使其在工業(yè)上難以大規(guī)模應(yīng)用。

??3）用氫成本高

雖然目前氫氣成本較高，但近年來隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)副產(chǎn)氫氣得到有效利用，以及風(fēng)能太陽能等清潔能源的不斷發(fā)展，未來氫氣的成本一定會(huì)不斷降低。

??4）氣瓶、瓶閥等配件成本高

除燃料電池及氫氣外，閥門和氣瓶等設(shè)備也給用戶帶來了一定的經(jīng)濟(jì)壓力。

[市場(chǎng)上的燃料電池及相關(guān)組件]

▼技術(shù)成熟度低

中國(guó)在燃料電池催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙等關(guān)鍵材料方面已經(jīng)有所布局，但還處于實(shí)驗(yàn)室階段，產(chǎn)品的一致性和可靠性尚無法保障。

當(dāng)前，日本、美國(guó)、德國(guó)和韓國(guó)是燃料電池市場(chǎng)的主要統(tǒng)治者。氫能研發(fā)是韓國(guó)政府“21 世紀(jì)前沿科學(xué)計(jì)劃”的主攻技術(shù)領(lǐng)域之一。韓國(guó)政府成立了“氫能研發(fā)中心”，針對(duì)韓國(guó)10年內(nèi)氫能的發(fā)展，涉及氫能生產(chǎn)、氫能貯藏和氫能利用三方面，目前已經(jīng)進(jìn)入推廣執(zhí)行階段。從專利技術(shù)細(xì)節(jié)來看，韓國(guó)關(guān)注膜電極組件。在應(yīng)用方面，韓國(guó)更為關(guān)注燃料電池便攜式應(yīng)用【3, 4】。

▼氫氣來源和安全隱患

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)小型化的便攜式燃料電池及氣瓶和瓶閥的法律法規(guī)和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)尚不健全，因而在安全性方面很難得到保障。

用戶獲得氫氣主要有以下途徑：

??1）自行購買制氫加氫設(shè)備

該方案需要投入大量資金采購設(shè)備，需要占用較大的空間存放設(shè)備。用戶需取得相關(guān)的制氫加氫資質(zhì)。另外，氫氣屬于易燃易爆的氣體，用戶在制氫、儲(chǔ)存及充裝過程中存在極大安全隱患。

??2）前往制氫廠家進(jìn)行充裝

國(guó)內(nèi)氫氣生產(chǎn)廠商一般位置較偏遠(yuǎn)，且充裝壓力一般低于20Mpa，不能滿足用戶的實(shí)際需求。另外，氣體廠商的充裝接頭一般不適配用戶的閥門。

??3）前往加氫站進(jìn)行充裝

當(dāng)前國(guó)內(nèi)加氫站較少，且只針對(duì)汽車開放，其充裝接頭只適用于車用閥門。

▼斗山如何“突出重圍”？

斗山集團(tuán)從2014年收購美國(guó)UTC及韓國(guó)Fuelcell Power以來，擁有超過50年的PAFC和超過30年的PEMFC燃料電池研發(fā)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。斗山摩拜創(chuàng)新作為斗山集團(tuán)的全資子公司，自2016年成立以來，憑借自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，深入布局中國(guó)、美國(guó)和韓國(guó)市場(chǎng)。突破重重困難，力圖為用戶提供高性能、低成本、高安全性和便捷性的便攜式燃料電池。

▼成本節(jié)約

斗山摩拜創(chuàng)新的氣瓶和瓶閥及相關(guān)配件可租賃給用戶，用戶無需承擔(dān)購買氣瓶及損耗的成本。

斗山致力于建立覆蓋全國(guó)范圍的氫氣充裝和配送網(wǎng)點(diǎn)，未來氫氣的使用成本會(huì)進(jìn)一步降低。

▼一流的技術(shù)

斗山摩拜創(chuàng)新自主開發(fā)的高性能金屬堆，真正實(shí)現(xiàn)了便攜式燃料電池的輕量化。金屬材料的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好, 資源豐富, 而且強(qiáng)度高。通過表面改性, 極大提高了金屬雙極板的導(dǎo)電性和耐腐蝕性能，提高了電堆的環(huán)境適應(yīng)能力及使用壽命。完成核心部件電堆的自動(dòng)化產(chǎn)線組裝，最大限度減少產(chǎn)品缺陷和不良率，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)電堆的量產(chǎn)。

斗山摩拜創(chuàng)新燃料電池?fù)碛幸惶淄晟频妮o助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。

▼便捷性與安全性兼顧

斗山摩拜創(chuàng)新為用戶提供便捷的氫氣配送服務(wù)，于今年2月28日成功構(gòu)筑35Mpa氫氣充裝產(chǎn)線。目前可實(shí)現(xiàn)廣東省內(nèi)3天，國(guó)內(nèi)3~7天的配送服務(wù)。未來斗山將會(huì)在上海、北京、成都等地陸續(xù)建立氣體充裝站點(diǎn)，用戶只需在移動(dòng)客戶端下單，便可享受到便捷的氫氣配送服務(wù)。

[國(guó)內(nèi)氫氣充裝產(chǎn)線]

[為用戶配送的氫氣瓶]

目前在韓國(guó)的氫氣充裝產(chǎn)線可同時(shí)為200只氣瓶充氣，為氫氣的供應(yīng)提供了可靠的保障。未來，斗山將不斷拓展自己的業(yè)務(wù)范圍，力圖在全世界范圍內(nèi)建立便捷的氫氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

[韓國(guó)氫氣充裝產(chǎn)線]

斗山摩拜創(chuàng)新的氣瓶及閥門先后進(jìn)行了國(guó)際ISO認(rèn)證，美國(guó)國(guó)土交通部DOT認(rèn)證，歐洲高壓容器CE認(rèn)證，韓國(guó)高壓容器KGS認(rèn)證以及中國(guó)特檢院企標(biāo)登記（部分認(rèn)證進(jìn)行中）。在保障產(chǎn)品安全的前提下，最大程度提升產(chǎn)品性能。

斗山為用戶提供的瓶閥符合IOS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的自動(dòng)泄放，2級(jí)減壓，壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控以及適配電子閥流量控制等要求。針對(duì)不同國(guó)家的法律法規(guī)，為不同國(guó)家的用戶提供3型瓶和4型瓶。為用戶安全使用保駕護(hù)航。

[各項(xiàng)安全性測(cè)試]

氫能的發(fā)展離不開廣大合作伙伴和用戶的支持，希望未來有更多的伙伴與我們同行，共同為中國(guó)氫能事業(yè)做出貢獻(xiàn)。