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催化剂和膜电极成本的探究(二)
2022-07-27

   

    事实上,目前燃料电池*大的问题是其成本。从2020年到2021年,成本是指大规模生产的成本。事实上,与长期的大规模工业化仍然存在差距。*后,在接近内燃机水平之前,需要达到30美元/千瓦的水平。然而,降低成本的路径也非常清晰,包括需要降低成本的关键材料和关键部件,如燃料电池催化剂、质子膜、碳纸、双极板、极流板和冷却器。

    成本下降的*大预期是催化剂和膜电极,因为对于整个反应堆,燃料电池催化剂和膜电极可以占成本的70%以上,这是目前难以降低成本的*大原因。因此,催化剂和膜电极成本的下降是未来燃料电池*大的瓶颈。

    为什么?在未来生产许多集合时,每个人都可能不认为催化剂是一个问题。有些人甚至告诉我,催化剂占整个反应堆的成本不是很高。例如,在生产1000套时,它只有20%到30%,但如果产量增加,例如50万或100万套,催化剂的单一成本超过40%进入反应堆,加上膜电极组件、质子膜和包装,可以达到60%以上的成本。因此,降低催化剂和膜电极的成本是燃料电池未来发展的关键技术。

    对于燃料电池催化剂来说,*大的问题是它含有贵金属铂,这就是我们通常所说的铂。因此,未来必须使用低铂,或超低铂催化剂,甚至未来的非铂催化剂,以满足未来的使用要求和成本要求。同时,当使用超低铂时,您还需要提高其膜电极性能和使用寿命。

    2000年,它是1克/千瓦时的铂催化剂,一辆汽车燃料电池的发动机功率假设为100千瓦,大约需要110克,到2008年是0.6-0.8克/千瓦,2020年左右降至00.2克/千瓦,未来能降到0.1克/千瓦,目前还不确定,也是行业共同努力的目标。

    从技术路径来看,*早在2000年左右,当时是纯铂颗粒,直径可达3-4纳米,甚至2-3纳米;2008年,铂合金技术开始在国际上使用,可以使铂的使用量翻倍。制氢电解槽

    今天,铂催化剂仍在使用,*高可达0.2克/千瓦,已经到了极点。走下去的路是什么?这是今天燃料电池发展遇到的*大技术障碍,因为如果你不降低成本,它的成本很难与内燃机甚至今天的锂电池相比。当前水平为0.2-0.3克/千瓦,长期目标应小于0.1克/千瓦。

    这里有一个简单的计算。例如,我们的全球铂年产量约为180吨。如果将其中20%作为燃料电池催化剂使用,对铂市场的影响可能不会太大,因为一旦这样做,内燃机汽车三元催化剂中的铂可以转移到燃料电池中。

    比如用第一代技术,铂碳催化剂,100千瓦燃料电池发动机需要50克铂,也就是说你可以生产72万辆汽车,如果是第二代技术,也就是今天国际上使用的更多的合金技术,如果20克/100千瓦,就可以生产180万辆汽车。制氢电解槽

    如果我们使用第三代技术,这是我们一直在开发的技术。原子单层催化剂可以生产720万辆汽车,只需要5克/100千瓦,应该称之为批量生产。*终能否实现1克/100千瓦,如果能实现,可以生产3600万辆汽车。

    你可能会想,铂的减少带来了什么问题?这也是从技术角度解剖其低成本。用于汽车的低铂有什么问题?对于汽车应用来说,如果铂的载荷下降,问题就会出现。首先,很难满足高功率输出;二是不能实现长寿命运行,二是不能适应复杂的工作条件。

    原因有很多,但*重要的矛盾是大电流区的性能急剧恶化;二是加速催化剂衰减;第三,在零增湿/低湿条件下,离子电阻显著增加。制氢电解槽


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