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催化剂和膜电极成本的探究(三)
2022-07-27

    

    从我们团队的角度来看,我们也围绕这三个问题进行了长期的研发,工作也与上海交通大学相结合。

    针对刚才提出的三个问题,我们发明了一些解决方案:一是具有超低传质阻力的新型低铂合金膜电极;二是新型耐腐蚀铂合金燃料电池催化剂及其批量制备技术;三是疏水梯度分布的非均质膜电极分层制备技术。

    我们还建成了****条低铂合金膜电极生产线,2020年制造了26万片膜电极。

    从更底层的技术来看,简单地说,为什么燃料电池使用超低铂会带来问题,主要有两个问题,一个是电催化动力学和传质动力学不能满足要求。

    例如,它的铂载量下降到0.当05mg/m2时,电极中传质的阻力达到整个催化层传质阻力的77%,传质阻力的增加直接影响电压的下降。

    直观地说,铂载量从0开始.4毫克/平方厘米.当05毫克/平方厘米时,其传质阻力增加70%以上,其解决方案是离子结构和电极与极板之间的适应性。因此,燃料电池走出低铂化的关键点是加强对流,提高传质阻力,降低传质阻力,或提高排水能力。

    我谈到了第一代、第二代和第三代催化剂。第一代是纯铂,第二代是合金颗粒,第三代是核壳结构颗粒。第三代可以说将铂的用量降到了**。如果我们想提高它的活性,减少它的用量,我们只能在第三代的基础上继续提高单个铂原子的活性。这是我刚才提出的*终目标,至1克/千瓦。如果能实现,燃料电池的大规模应用就能实现。

    对于第一代来说,第二代已经实现了工业化,第三代仍在发展中。这是我们开发过程中的一些数据。与第一代相比,第三代燃料电池催化剂的质量和活性从0开始.13提高到1.45、增加十倍以上,应能满足燃料汽车的要求。

    同时,我们的颗粒的均匀性也很好,因为它需要提高活性和稳定性。稳定性的一个来源是催化剂颗粒的大小是一致的。只有一致,它的整个衰减才会减弱,因为每个颗粒都长得差不多,所以衰减不会有问题。

    除了燃料电池催化剂的活性,如何改善其表面积,一是活性,二是原子单层,另一个大问题,*近发现,在电极中,质子传导也是一个很大的问题,简单地说,电极内的质子传导是膜内电子传导电率的十分之一。

    对于这个问题,我们也开发了很长一段时间,优化它,以支持低铂和超低铂的应用。我们将颗粒与电极中质子膜的导电问题结合起来,制成一个不对称的电极,可以提高其耐久性,而不影响其性能。

    目前,我们可以在一批中制作500克催化剂,制作膜电极车辆工况下稳定运行8000多小时,预测寿命超过1万小时。

    本项目完成了汽车燃料电池低铂合金膜电极微观传质、电荷传递和材料衰减的理论突破。形成高功率密度、长寿命运行,适应工况运行。

    去年,我们获得了中国机械工业联合会组织的评估。我们拥有独立的知识产权,开发了一种新型的低铂膜电极,达到了国际先进水平,是单位燃料电池电堆功率的国际**技术指标。

    我们也得到了国内外同行的高度评价,这是学术界的一些同行。

    除制氢电解槽,膜电极外,我院还有一家合作公司,也在进行流场设计,完全正向开发。如何实现上游、中游、下游的水平衡和热平衡,增强脊下对流,改善气体传质。从电堆的角度来看,我们有电堆的开发能力。目前,有两种电堆,一种是75千瓦,另一种是150千瓦。

    这是我们实验室的材料,从单电池到短电堆到长电堆的系统测试和开发能力。

    对于未来,刚才提到燃料电池可以实现3600万辆汽车的生产,小于1克/100千瓦,这**是大规模的。我们还需要做以下事情,即新型催化剂、新型离聚物、强化传质和耐腐蚀金属极板,这是未来需要关注的领域。

    燃料电池的工业化已经进入了商业化的进口期。我们需要更加努力地工作,从追赶到运行,*终**。这需要制氢电解槽,膜电极板、电堆匹配设计和同步开发,这是燃料电池未来发展的方向。


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