作为国内燃料动力锂电池行业泰斗级人物,我国科学院大连化学物理研究所研究员/我国工程院院士衣宝廉在一次公开会议上,为燃料动力锂电池商业化发展提了几点建议。
首先,燃料动力锂电池汽车有突出的优点,但存在加氢站建设费用高、运行费用高的问题。衣宝廉建议,要想做到燃料动力锂电池商业化,各方要齐心协力解决这些问题。
燃料动力锂电池跟燃油车比较,把油箱换成氢气,把内燃机换成燃料动力锂电池发动机,一是环保,二是续航里程和驾驶员的驾驶体验都跟燃油车一致,容易被接受,整体而言是很好的。
有些人认为燃料动力锂电池不安全,但相比于锂离子电池把能量和电池结合在一起,燃料动力锂电池配套的氢气罐是在外面,其实更安全。从现实案例来看,锂离子电池车经常起火自燃,而燃料动力锂电池车尚未有案例,有国外发生起火爆炸事件是在氢气制取及储运环节,重要由操作不规范引起。相比于燃料动力锂电池,锂离子电池更要解决充电时间长及安全性问题。
在衣宝廉看来,相比于内燃机、锂离子电池,燃料动力锂电池优点突出,现在燃料动力锂电池汽车重要是贵的问题,一是燃料动力锂电池发动机贵,导致车也贵;二是加氢站建设费用高,氢气贵,导致运行成本高。这些问题牵涉面广,各方要齐心协力解决这些问题。
其次,有关如何降低燃料动力锂电池发动机成本,衣宝廉提出,一是关键材料和零部件批量生产,如此发动机成本可以降低20%-30%;二是提高比功率,成本再降低20%-30%。
目前国内公司基本具备质子交换膜、催化剂、双极板、电堆技术,同时空压机、氢气泵产品也基本可以用,希望公司家特别是国企尽快建立批量生产线来进行批量生产。当然各个环节的技术也还有待提高,要开发高活性催化剂,降低欧姆极化,改进流场。
催化剂方面,大化所正在研发铜铂催化剂,这个催化剂是碳铂活性的3倍,正在进行工业性的放大和设备方面的选取。为何选铜?铜不会随水流到外边,也不会对膜等出现影响,因为铜出来溶解就沉淀了,钴的运用会流失,大量生产燃料动力锂电池车,用钴需谨慎。
质子交换膜方面,发展薄膜,降低欧姆极化。戈尔做增强膜,国内做的是自由基复合膜,现在国际公司已经做到8个微米,国内现在能做到十一二个微米。
双极板方面,改进流场。所谓三维流场是过去做的网状流场,这种流场有点类似于搞化工蒸馏过程当中的挡板,对气流有一个阻挡用途以后,出现了一部分对流传质,这样提高了电池的极限电池密度,把催化层利用的更深,单电池比功率提高后,要提高电堆比功率,像丰田370片极板弄在一起,流场阻力会大,空压机内耗新增,这里面有一个权衡和协调问题。
同时,要提高双极板一致性,提高平整度,提高MEA一致性,最后解决公用孔道的问题。
现在国内正在发展的是金属板,这个金属板能否过关,要看金属板表面涂层后的寿命能不能达到5千、1万甚至2万小时,要跑车进行试验。国内没有一家公司或研究机构宣布运行达到5千或者1万小时的,现在都在跑,大化所研发的金属堆验证跑了3千多小时,还有2千小时,金属板要实现大量的应用,将是燃料动力锂电池技术的重大进展。
电堆方面,现在大部分高性能的电堆都是1个大气压左右,低的是0.5,现在向两个大气压发展。要改进电堆组装工艺,电堆是按压力机的方式组装的。几百片双极板堆叠,应该了解最后这个电堆多高,误差不超过几毫米。这个是可以计算的,前期要做大量的基础工作。这套工艺已经定型,可以按这个来控制电堆的组装。
“光有理论不行,要有工匠精神。”衣宝廉说,一是脑袋行,二是手巧,两方面配合起来才能装出高性能的电堆。
总之,要尽快完善燃料动力锂电池核心材料生产线,研发生产空压机、氢气循环泵等关键部件。
要提高电堆的体积和重量比功率,为开发乘用车奠定基础。我们搞燃料动力锂电池,开始是300到500毫安,十一五末达到了800毫安到1安培。现在国内是1-1.5安培,我们想做到1安培到2.5安培,燃料动力锂电池的成本还可以降低15%-20%,假如跟批量生产联合起来,燃料动力锂电池发动车的成本可以接近锂离子电池,比燃油车贵一点。
另外,国内要倡导搞基础理论,研究超低铂和非铂催化剂理论与应用研究,进一步将电池铂的用量降低到每千瓦0.1克以下,现在国际上是0.2克铂,国内0.3-0.4克铂,假如做好基础研究工作,可以做到0.1克铂以下,完全可以放心的实现燃料动力锂电池车的产业化。