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連線|《Science》刊發我國學者燃料電池重大研發成果,意味著什么?

2020-07-13 09:12
香橙會
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以下是香橙會研究院氫能行業周報及點評(0706-0712)。本周最受關注的事件,是國際著名期刊《Science》刊發我國學者燃料電池重大研發成果,這事情意味著什么?香橙會研究院聯系上該文章的通訊作者,詳見內文。

《Science》刊發我國學者燃料電池重大研發成果

7月10日,世界著名期刊《科學》(Science),刊發學術論文《電場誘導異質界面金屬態構建超質子傳輸》。中國地質大學(武漢)材料與化學學院吳艷副教授為第一作者,朱斌教授和宋懷兵副研究員為共同通訊作者。這是我國科技工作者在能源領域取得的又一重大原創性研究成果。

中國地質大學(武漢)燃料電池創新研究團隊,一直致力于低溫、高性能燃料電池研究,聚焦高質子電導率電解質的開發,歷經多年的不懈探索,經過反復試驗論證,首次通過半導體異質界面電子態特性,把質子局域于異質界面,設計和構造具有最低遷移勢壘的質子通道。

在傳統質子傳導材料里,質子需要克服巨大的能壘,通過氧空位跳躍前行。本研究如同給質子修建高速公路,即利用半導體異質界面場誘導金屬態,助推超質子實現又快又好地“跑起來”,從而獲得優異的電導率。這與傳統電解質材料電導率相比,提升了3個數量級,并且實現了先進質子陶瓷燃料電池的示范。

半導體異質結構和場誘導加速離子遷移,是能源科學領域具有挑戰性的研究課題,該研究成果為優良質子傳輸材料和應用,提供了創新思路,為質子限域傳輸提供了科學方法,為燃料電池研發應用插上了翅膀。

香橙會研究院點評:從固體氧化物(SOFC)材料設計的基礎上分出來一個質子陶瓷燃料電池(PCFC)的概念,是個很好的方向。

香橙會研究院聯系上朱斌教授。朱斌教授原為瑞典皇家工學院教授級高級研究員;英國拉夫堡大學教授。

說朱斌教授之前,先說日產的SOFC燃料電池汽車。

2016年8月日本日產公司使用美國 SOFC 技術,推出搭載氧化物燃料電池的電動汽車,這種另辟蹊徑的技術,立刻引起業界轟動。該車使用的燃料(5kW)是生物乙醇,乙醇經過簡單催化產生氫和一氧化碳為燃料可以經過燃料電池轉化與空氣中的氧結合產生電能,從而驅動汽車(并結合車載鋰電 24kW 啟動)。零排放,續航里程達到驚人的 600 公里。

該車的出現,解決了純電汽車和燃料電池汽車的商業化瓶頸——不需要充電樁,也不需要加氫站,去掉了質子交換膜燃料電池(PEMFC)昂貴稀缺的鉑金,降低了生產和使用成本。車輛續航也得到了有效的保證,一箱 30 升的生物乙醇經過 SOFC 后,可以轉換為車輛 600 公里的續航里程,解決了電動車續航的問題。

雖然日產公司成功地在燃料電池動力上使用了 SOFC 技術,但并沒有 SOFC 的解決方案。日產公司使用的 SOFC 是基于氧化物 YSZ 陶瓷支撐的技術,十多年前由朱斌加盟的美國燃料電池聯合公司轉讓。陶瓷不能經受快速啟動,容易脆裂和熱循環都是用于交通能源的致命問題。

經過朱斌博士和他的研發團隊在美國公司的設計基礎上經過多年研究,成功將關鍵技術進行了多項升級和突破,將YSZ 陶瓷發展為摻雜氧化鈰,陶瓷支撐發展到金屬支撐。更重要的是產品造價500-1000 人民幣/千瓦。

這種新一代燃料電池的科學基礎研究已經在朱斌博士 2010 年發明以來,特別是 2013 年在中國建立的百人計劃團隊,現在已經拓展到幾個大學和兩個院士團隊的合作基礎上開展起來。

當然這些研究還是初期的階段,全世界做這個方向的人不超過10個課題組。

走向應用的過程是:概念(原理)-材料體系-技術路線-技術驗證-工程驗證-市場驗證-市場推廣。目前PEMFC已經在市場驗證階段,而PCFC還處在概念原理階段。

但不管怎么說,氫燃料電池行業作為一個高科技行業,其技術創新一直在路上。

氫能部分

一、產業

1、 歐盟推出萬億級氫能投資計劃 產業快速發展可期

近日,歐盟委員會副主席蒂莫曼斯牽頭,正式公示了醞釀已久的《歐盟氫能戰略》。為保證戰略實施,歐盟計劃未來十年內向氫能產業投入5750億歐元(約合人民幣4.56萬億元)。其中,1450億歐元以稅收優惠、碳許可證優惠、財政補貼等形式惠及相關氫能企業,剩余的4300億歐元將直接投入氫能基礎設施建設。

香橙會研究院點評:如此宏大的產業戰略,表明歐盟遵守“巴黎協定”在減少碳排放,將氫能作為替代能源的決心,此前德國推出國家氫能戰略,荷蘭和比利時已經開始了一些氫能的利用項目。

二、公司

1、氫能產業巨頭宣布戰略合作 歐洲綠氫龐大市場引關注

德國工業巨頭蒂森克虜伯伍德氯工程技術公司與美國空氣產品公司近日簽署戰略合作協議,雙方計劃在關鍵地區展開獨家合作,利用互補的技術和工程等優勢共同開發綠氫項目。根據合作協議,蒂森克虜伯伍德將提供技術并在未來向AP建造、擁有和運營的水電解工廠提供特定的工程、設備和技術服務。

香橙會研究院點評:歐盟剛發布了計劃龐大的《歐盟氫能戰略》,把“綠氫”作為未來發展的重點。

蒂森克虜伯伍德在水電解制氫設備、工廠建設和服務方面有豐富的經驗,AP是全球最大的氫氣供應商,氫能供應網絡成熟,液氫和加氫站技術居于領先地位,通過優勢互補,大規模制氫項目的開發將推動綠氫實現更廣泛應用。

燃料電池部分

一、政策

1、 車用IV型氫氣瓶團體標準征求意見

近日,氣瓶安全標準化與信息工作委員會發布關于團體標準《車用壓縮氫氣塑料內膽碳纖維全纏繞氣瓶(征求意見稿)》公開征求意見的通知。該標準主要是規定了車用壓縮氫氣塑料內膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數、技術要求等要求;比如公稱工作壓力不超過70MPa、公稱容積不大于450 L、貯存介質為壓縮氫氣、工作溫度不低于-40 ℃且不高于 85 ℃等具體參數要求。

香橙會研究院點評:由于四型70MPa儲氫罐技術相關管理標準沒有出臺,一直制約著國內研發的進展,國內外技術差距大;相關標準的出臺,將推動國內行業發展與應用,目前國內做IV型瓶企業不多,主要是斯林達安科在日本展出過一款70MPaIV型儲氫瓶,除此之外,京城股份和中集安瑞科公告過推進IV型儲氫瓶生產。

二、產業

1、現代汽車氫燃料電池重卡出口瑞士,2025年前將出口1600輛

7月6日韓聯社消息報道,現代汽車打造的10輛氫燃料電池重型卡車當天首次出口瑞士,現代方面還計劃截至2025年繼續對瑞士出口1600輛氫能重卡。這次出口的氫能重卡為34噸級(含拖車),匹配190kW功率的氫燃料電池系統、350kW電機,采用新研制成功的氫燃料電池冷卻系統及其控制技術,單次充電可行駛400公里。

香橙會研究院點評:從美國尼古拉到韓國現代,香橙會研究院一直強調氫燃料重卡是目前最好的應用場景,國內目前氫能重卡業已開始在港區和礦區開始投放測試,未來燃料電池汽車得重卡者得天下。

三、公司

1、氫璞創能:與天津臨港控股及新氫動力簽訂2000套氫燃料叉車動力系統

近日,氫璞創能與天津臨港控股全資子公司天津臨港高新技術發展有限公司及天津新氫動力簽訂三方合作協議,未來將在氫燃料電池叉車等領域展開深度合作。協議約定:2020-2024年,高新公司將先后從新氫動力采購其自主研發制造的氫燃料電池叉車動力系統2000套,并負責在天津港保稅區內進行應用推廣,提供氫燃料電池叉車應用場景。

香橙會研究院點評:普拉格能源的氫燃料電池叉車推廣多年,屬于比較成熟的應用市場。

上市公司

1、吉電股份(000875.SZ):與青島海望簽署協議,共推有機液體儲氫技術產業化

7月8日吉電股份公告稱,公司與青島海望能源科技有限公司簽署《戰略合作協議》,雙方將通過緊密的戰略合作,在氫能儲運產業聯盟、氫能產業規劃項目、技術研發、產業化應用等方面,形成密切的利益共同體,共同推動氫能產業發展,實現互利共贏。

香橙會研究院點評:青島海望是依托西安交大孵化的氫能儲運公司,擁有全球領先的液態有機儲氫(LOHC)技術,為客戶提供專業的加儲氫設備和解決方案,正在推進技術的產業化和應用。目前國內氫陽能源液態有機儲氫(LOHC)產業化做的比較好。

2、穗恒運A(000531.SZ):與中石化合資開發黃埔區加氫等綜合能源站項目

7月9日穗恒運A發布公告稱,公司與中國石化銷售股份有限公司合作投資開發黃埔區綜合能源站項目,首期項目(即本期)將建設東明三路、鳳湖二路、埔心村等3個加油、加氫、充電、光伏發電、商業等“五位一體”綜合能源站(含加氫)。

香橙會研究院點評:中石化計劃在廣州市黃埔區、廣州開發區規劃新建20座以上集加氫、加油、充電、非油、光伏發電等“五位一體”綜合能源銷售站,已經開始具體落地。


聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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