燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料,通過化學反應產生電流,依靠電機驅動的汽車。燃料電池動力系統在整車成本中的占比約為50%,主要部件包括燃料電池電堆、高壓儲氫罐、電機、動力控制裝置等。其中,最核心的部分是燃料電池電堆,在燃料電池系統中的占比約為65%。
國際上氫燃料電池汽車技術的發展比較早。美國能源部早在 2002 年就發布了氫能愿景,規劃在 2030 年實現批量成熟技術應用。2014 年日本也發布了《氫能源白皮書》和《氫能/燃料電池戰略發展路線圖》。2003 年歐盟制定《歐盟氫能路線圖》,發布了氫能與氫燃料電池技術發展愿景與規劃。
近年來,由于各國的高度重視,發達國家氫燃料電池技術已經從產品研發與示范運行逐步進入產業化推廣階段。目前國際上具有代表性的產品包括豐田的 Mirai、本田的 Clarity 以及現代的 ix35 等已經實現量產化的典型燃料電池汽車,2017 年銷量超過 3000 輛,占當年燃料電池汽車全部銷量的幾乎一半,其他車企如戴姆勒、大眾、寶馬等也預計將在近期推出量產的燃料電池車型。
經過「十五」、「十一五」和「十二五」的科技攻關,通過產學研聯合項目,中國燃料電池汽車技術取得了一定的發展,在燃料電池關鍵材料,如雙極板、膜、催化劑等方面有了基本研發能力,在系統集成、系統控制和氫能基礎設施方面也有了一定的進展,特別是在 2008 年北京奧運會、2010 年上海世博會等重大活動上進行了示范展示,獲得了一定的經驗和公眾展示效果。
中國工程院院士李駿認為,當然中國氫燃料電池技術與發達國家相比仍有很大差距,主要體現在以下幾個方面:
一是在氫燃料電池的雙極板、膜電極組件、膜與催化劑等關鍵材料技術方面仍有一定差距,比如催化劑 Pt 用量,國內普遍水平為 0.6 g/kW,而目前國際實際應用水平可達到 0.25 g/kW。而交換膜在國內仍處于開發階段,沒有進入產業化。在膜電極組件方面,目前國內最大電流密度為 1.5 A/cm^2,而目前國際先進水平接近 2.5A /cm^2。
二是主要零部件成本居高不下,成為產業化的障礙。如膜電極組件成本約為2000 元/kW,而國際水平已經達到了 16 美元/kW,大約是 100 元人民幣。
三是整個電堆總成體積功率密度低、成本高,仍需要深度技術創新。國內電池堆體積功率密度約為2.2 kW/L,而國際水平為 3.0 kW/L 或更高。因為核心零部件(膜、催化劑等)還主要依賴進口,目前國內燃料電池電堆成本約為 3000 元/kW,而國際單臺套成本已低于 1000 元/kW,按幾十萬臺套規模批量計算的話約可以達到 22 美元/kW。
記者收集到了中商產業院的最新報告,與廣大工程師一起分享:
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