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【新能源】氢燃料电池重卡都有啥优势?快来看吧...

编辑:廖梓淮 氢能和燃料电池 2018-12-24

4G光元:在清洁汽车领域,人们越来越多关注到,把氢燃料电池技术,应用于物流卡车运输,应该是一个非常好的应用场景。如果有人向你建议氢燃料电池矿山车,请不要大惊小怪,更不要急于去打探这些新选项是否有益于贵公司。在作出任何决定之前,重要的是要花时间充分了解这些技术和车辆可能可以提供什么以及它们如何影响整体运营。


氢燃料电池汽车使用氢气为电动机提供动力,传统汽车使用汽油或柴油。燃料电池结合氢气和氧气来产生电力,这些燃料电池汽车被认为也是电动汽车,但它们的航程和加油过程更类似于传统车辆。氢燃料车辆需要在出售加压氢气的加氢站加注。

市场上的一个重要参与者,卡车运输初创公司Nikola,于11月宣布了其第三代氢动力卡车。该公司预计将于2023年推出这款名为Tre的氢电半卡。该卡车的行驶里程约为310至750英里。虽然这不是特别的,但尼古拉表示车辆可以在大约20分钟内充电。混合动力卡车使用氢燃料电池运行多个电动机。该公司表示,它已经“收到了数千辆需要交付的卡车”。

丰田还在加利福尼亚州建造了一个原型燃料电池卡车,该卡车具有严格的燃料排放法律,以对抗该国一些最恶劣的空气质量。其Alpha卡车正在洛杉矶港口进行测试,那里集中了大量卡车每天从集装箱船上运输货物。

传统的重型运输车辆比乘用车消耗更多的动力。将氢气转化为电能导致水和热,减少对环境的影响。此外,燃料电池车辆在紧急刹车和突然减速的情况下,可以采用再生制动来捕获损失的能量并为电池充电。

一公斤氢气可以储存比一公斤锂离子电池多236倍的能量。虽然,制氢也会产生二氧化碳导致温室气体排放。但与汽油动力汽车相比,早期的燃料电池汽车排放量减少了30%以上。

最终目标是通过使用风能,太阳能和水力发电,尽可能通过零排放方法制氢。例如,加利福尼亚州就这样的规定。州规定,出售用于运输的氢气中至少有33%来自可再生资源。

氢动力车辆的缺点

与大多数电动汽车一样,续驶里程仍然存在问题。尽管如此,氢燃料动力车辆仍然可以提高效率,因为这些车辆不必携带与纯电池电动车辆相同的重型电池。

与氢的基础设施相比,充电桩就不算什么基础设施了。为了改变氢的基础设施现状,日本的汽车制造商本田和丰田的目标是到2021年3月在该国建设160个加油站。加利福尼亚州计划到2020年在该州建立50个加油站。尼古拉也与Nel ASA合作将安装16个加氢网络。加油站跨越2000英里。其中有两个已经开始了。

然而,除了工作站之外,还需要氢存储,氢气运输和氢气生产。此外,虽然氢是宇宙中最丰富的元素,但存储效率极低。

而且由于该技术仍处于起步阶段,成本将会更高。需要更大的规模和需求来降低每公斤氢气的成本,并使企业能够充分利用这项新技术。

亚化咨询:2018年中国车用燃料电池系统技术与市场发展回顾(1)

氢能产业是从氢气生产、储运到应用的庞大产业链。在氢能下游应用领域,目前最广为人知的是氢燃料电池汽车,行业普遍认为氢燃料电池汽车与纯电动汽车具有互补关系,对于商用车尤其是长途运输应用,氢燃料电池汽车更具优势。

车用燃料电池系统包括燃料电池电堆、空气供应系统、储氢和氢循环装置、DC/DC转换器等,占燃料电池整车成本的50%以上。燃料电池堆主要由单电池以堆栈的方式构成,单电池包括双极板、膜电极(MEA)和密封圈。膜电极包括质子交换膜、催化剂和气体扩散层。

氢能理事会(Hydrogen Council)于2017年11月发布的报告显示,氢能将占2050年全球总能源消耗的约20%,每年减排60亿吨CO2,氢能产业链年产值将达2.5万亿美元。

中国汽车工程协会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》指出,到2030年中国加氢站数量将超过1000座,氢燃料电池车将超过百万辆。亚化咨询认为,中国氢气生产、储运,燃料电池及燃料电池车将形成万亿规模的产业链,为行业内的项目投资者、工程公司和设计单位、技术和设备供应商带来巨大的市场机遇。

亚化咨询《中国氢能与燃料电池年度报告2018》研究表明,2018年,中国燃料电池电堆技术与市场发展情况如下所示:

2018年10月,在国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项的支持下,新源动力公司项目团队在高功率密度燃料电池电堆技术开发上取得重要进展。

项目团队重点针对整车开发对高性能大功率燃料电池电堆的需求,基于具有自主知识产权、经过商业化应用验证的燃料电池电堆技术,通过结构与过程仿真,指导改进电堆及其关键部件的设计和制造水平,完成了I型电堆功能样机的开发,电堆功率密度超过2.0kW/L,可以于-30℃存储和-20℃启动,并进行了相当于轿车工况5万公里的耐久性考核,目前电堆耐久性和可靠性验证仍在持续进行,该型电堆预计在2018年可实现商业化应用。同时,针对以更高功率密度(3.1kW/L)为目标的II电堆开发工作也取得了明显进展,电极铂用量已经大幅降至0.33g/kW,并且在无外增湿条件下电极功率密度超过1W/cm2,按计划,此型电堆将在2021年实现商业化应用。

新研氢能源

2018年8月,新研氢能源科技有限公司的全资子公司大同新研氢能源公司与山西大同市政府签订投资合作协议。根据协议,大同新研拟投建氢能和燃料电池生产基地项目。该项目总投资8亿元,建设规模年产10000套燃料电池电堆。

雄韬股份

2018年3月,雄韬氢燃料电池产业园项目湖北武汉开工。

项目总投资115亿元,其中一期投资12亿元。该项目将从事燃料电池的催化剂、质子交换膜、电堆、电池控制系统、氢燃料发动机系统、储氢系统和制氢系统的开发、生产、运营和销售以及加氢站的建设,并与南京金龙、东风特汽等合作开发、生产氢燃料电池大客车。

膜电极 

2018年10月,鸿基创能质子交换膜燃料电池用高性能膜电极项目开工。

此前于2018年2月,广东广州黄埔区政府、广州开发区管委会与鸿基创能科技有限公司签署战略合作框架协议。根据协议,双方将共同投资建设氢燃料电池膜电极产业化项目。

该项目总投资约8亿元,产能规划为10万平方米/年,产品的功率密度达到1.2W/平方米,力争2018年底试生产,2019年实现年产10万平方米膜电极的规模,2020年实现大规模产业化。

昆山桑莱特

2018年9月,昆山桑莱特膜电极性能再创新高,车用水冷膜电极单电池极化曲线性能超过1.0W/cm2@0.65V;所制备水冷电堆寿命测试时间达6000h以上。

催化剂

2018年4月,武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司自主研发的燃料电池Pt/C催化剂量产技术取得突破。该催化剂采用清华大学催化剂制备工艺。

技术突破

1. 采用连续合成工艺,实现产品性能的高一致性,各项指标可控制在±1%以内。

2. 产能达到1200g/日规模,完全具备工业化生产及营销所需各项条件。

3. 采用优化载体处理工艺,载体循环寿命达到国际商用同等催化剂的5倍以上,极大提高了催化剂在车用工况下的使用寿命。

4. 催化剂综合性能(极化、电化学活性面积、质量比活性)均达到或超过国际商用同等级催化剂性能。

5. 系列化催化剂产品通过了清华大学分析中心的检测和欧盟CE认证,各项性能指标符合设计要求。 

量产Pt/C催化剂主要包括40wt%、50wt%、60wt%、70wt%几种规格,具有高活性、高稳定性、低成本优势。

质子交换膜

2018年9月,东岳集团150万平米/年燃料电池膜及配套化学品产业化项目山东淄博签约。

燃料电池与燃料电池系统

潍柴动力

2018年11月,潍柴动力股份有限公司通过全资子公司潍柴动力(香港)国际发展有限公司以1.64亿元认购加拿大巴拉德动力系统有限公司19.9%股份完成交割。

股权合作之后,双方将随即进入实质性业务合作阶段,战略聚焦中国市场,开发下一代氢燃料电池产品,快速实现相关领先技术在中国商业化和工程化落地。具体包括:

1)共同成立合资公司:

双方将共同出资11亿元人民币成立合资公司,潍柴动力占51%股权,巴拉德占49%股权。合资公司将拥有巴拉德下一代质子交换膜燃料电池电堆及模组技术产品在中国客车、商用卡车和叉车市场的独家权利。

2)联合开发和产品采购:

合资公司将支付巴拉德9000万美元,联合开发下一代质子交换膜燃料电池电堆和模组。合资公司将拥有上述技术在中国客车、卡车和叉车市场的独家权利,巴拉德将拥有上述技术在中国境外市场的独家权利。同时,双方已就4.0kW/L电堆技术及4.0kW/L以上未来技术的合作框架达成一致。在2021年底之前,潍柴计划与合资公司共同协作,使用巴拉德的技术为国内市场提供2000台燃料电池模组。该等模组预计2018年年底即可投放市场。

雄韬氢雄

2018年9月,由雄韬氢雄投资建设的山西省首条燃料电池系统产线投产仪式在山西省大同市举行。

该项目为雄韬氢雄大同氢能产业园项目一期工程,规划年产能3万套;2020年项目全部投产,年产能将达到10万套。

上海神力

2018年6月,上海神力科技自主开发的C290-30燃料电池模块通过国家强制检验检测,其低温/高温储存通过国家最新标准要求,在不增湿条件下,电堆功率密度实现2.0kW/L。

爱德曼

2018年5月,爱德曼广东氢能源装备公司氢燃料电池生产项目投资协议签订仪式在广东佛山南海区举行。

该项目选址为南海区丹灶镇,计划建设氢燃料电池及动力总成生产基地。项目总投资30亿元,分三期建设,总计年产能8万台氢燃料电池,首期项目将于2018年投产。

新源动力

2018年3月,中国首例自主研发的超5000小时耐久性的燃料电池产品完成寿命测试和整车应用验证。

资料显示,该HYMOD?-300型车用燃料电池电堆模块由新源动力股份有限公司开发,采用高稳定性、高性能的膜基催化层膜电极设计和高可靠性的复合双极板结构,经寿命测试和整车应用验证,突破了车用燃料电池5000小时的耐久性难关。同时该产品实现了电堆在-10℃环境下的低温启动,以及在-40℃下的储存。

该电堆模块已成功应用于荣威750以及上汽大通FCV80。

2019车用燃料电池系统与关键部件论坛将于2019年3月7-8日在湖北武汉召开。会议将探讨全球与中国燃料电池动力系统发展现状与市场展望,燃料电池动力系统与关键部件的国产化与智能制造,电堆与膜电极、双极板技术进展,车载储氢、供氢与氢气循环系统,燃料电池空压机技术研究与性能提升,热管理与水管理设计与优化,车载大功率DC/DC应用进展,燃料电池车用电控系统、驱动电机及储能电池等。


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