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催化劑和膜電極成本的探究(二)
2022-07-27

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? ? 事實上,目前燃料電池*大的問題是其成本。從2020年到2021年,成本是指大規模生產的成本。事實上,與長期的大規模工業化仍然存在差距。*后,在接近內燃機水平之前,需要達到30美元/千瓦的水平。然而,降低成本的路徑也非常清晰,包括需要降低成本的關鍵材料和關鍵部件,如燃料電池催化劑、質子膜、碳紙、雙極板、極流板和冷卻器。

? ? 成本下降的*大預期是催化劑和膜電極,因為對于整個反應堆,燃料電池催化劑和膜電極可以占成本的70%以上,這是目前難以降低成本的*大原因。因此,催化劑和膜電極成本的下降是未來燃料電池*大的瓶頸。

? ? 為什么?在未來生產許多集合時,每個人都可能不認為催化劑是一個問題。有些人甚至告訴我,催化劑占整個反應堆的成本不是很高。例如,在生產1000套時,它只有20%到30%,但如果產量增加,例如50萬或100萬套,催化劑的單一成本超過40%進入反應堆,加上膜電極組件、質子膜和包裝,可以達到60%以上的成本。因此,降低催化劑和膜電極的成本是燃料電池未來發展的關鍵技術。

? ? 對于燃料電池催化劑來說,*大的問題是它含有貴金屬鉑,這就是我們通常所說的鉑。因此,未來必須使用低鉑,或超低鉑催化劑,甚至未來的非鉑催化劑,以滿足未來的使用要求和成本要求。同時,當使用超低鉑時,您還需要提高其膜電極性能和使用壽命。

? ? 2000年,它是1克/千瓦時的鉑催化劑,一輛汽車燃料電池的發動機功率假設為100千瓦,大約需要110克,到2008年是0.6-0.8克/千瓦,2020年左右降至00.2克/千瓦,未來能降到0.1克/千瓦,目前還不確定,也是行業共同努力的目標。

? ? 從技術路徑來看,*早在2000年左右,當時是純鉑顆粒,直徑可達3-4納米,甚至2-3納米;2008年,鉑合金技術開始在國際上使用,可以使鉑的使用量翻倍。制氫電解槽

? ? 今天,鉑催化劑仍在使用,*高可達0.2克/千瓦,已經到了極點。走下去的路是什么?這是今天燃料電池發展遇到的*大技術障礙,因為如果你不降低成本,它的成本很難與內燃機甚至今天的鋰電池相比。當前水平為0.2-0.3克/千瓦,長期目標應小于0.1克/千瓦。

? ? 這里有一個簡單的計算。例如,我們的全球鉑年產量約為180噸。如果將其中20%作為燃料電池催化劑使用,對鉑市場的影響可能不會太大,因為一旦這樣做,內燃機汽車三元催化劑中的鉑可以轉移到燃料電池中。

? ? 比如用第一代技術,鉑碳催化劑,100千瓦燃料電池發動機需要50克鉑,也就是說你可以生產72萬輛汽車,如果是第二代技術,也就是今天國際上使用的更多的合金技術,如果20克/100千瓦,就可以生產180萬輛汽車。制氫電解槽

? ? 如果我們使用第三代技術,這是我們一直在開發的技術。原子單層催化劑可以生產720萬輛汽車,只需要5克/100千瓦,應該稱之為批量生產。*終能否實現1克/100千瓦,如果能實現,可以生產3600萬輛汽車。

? ? 你可能會想,鉑的減少帶來了什么問題?這也是從技術角度解剖其低成本。用于汽車的低鉑有什么問題?對于汽車應用來說,如果鉑的載荷下降,問題就會出現。首先,很難滿足高功率輸出;二是不能實現長壽命運行,二是不能適應復雜的工作條件。

? ? 原因有很多,但*重要的矛盾是大電流區的性能急劇惡化;二是加速催化劑衰減;第三,在零增濕/低濕條件下,離子電阻顯著增加。制氫電解槽


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