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催化劑和膜電極成本的探究(三)
2022-07-27

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? ? 從我們團隊的角度來看,我們也圍繞這三個問題進行了長期的研發,工作也與上海交通大學相結合。

? ? 針對剛才提出的三個問題,我們發明了一些解決方案:一是具有超低傳質阻力的新型低鉑合金膜電極;二是新型耐腐蝕鉑合金燃料電池催化劑及其批量制備技術;三是疏水梯度分布的非均質膜電極分層制備技術。

? ? 我們還建成了****條低鉑合金膜電極生產線,2020年制造了26萬片膜電極。

? ? 從更底層的技術來看,簡單地說,為什么燃料電池使用超低鉑會帶來問題,主要有兩個問題,一個是電催化動力學和傳質動力學不能滿足要求。

? ? 例如,它的鉑載量下降到0.當05mg/m2時,電極中傳質的阻力達到整個催化層傳質阻力的77%,傳質阻力的增加直接影響電壓的下降。

? ? 直觀地說,鉑載量從0開始.4毫克/平方厘米.當05毫克/平方厘米時,其傳質阻力增加70%以上,其解決方案是離子結構和電極與極板之間的適應性。因此,燃料電池走出低鉑化的關鍵點是加強對流,提高傳質阻力,降低傳質阻力,或提高排水能力。

? ? 我談到了第一代、第二代和第三代催化劑。第一代是純鉑,第二代是合金顆粒,第三代是核殼結構顆粒。第三代可以說將鉑的用量降到了**。如果我們想提高它的活性,減少它的用量,我們只能在第三代的基礎上繼續提高單個鉑原子的活性。這是我剛才提出的*終目標,至1克/千瓦。如果能實現,燃料電池的大規模應用就能實現。

? ? 對于第一代來說,第二代已經實現了工業化,第三代仍在發展中。這是我們開發過程中的一些數據。與第一代相比,第三代燃料電池催化劑的質量和活性從0開始.13提高到1.45、增加十倍以上,應能滿足燃料汽車的要求。

? ? 同時,我們的顆粒的均勻性也很好,因為它需要提高活性和穩定性。穩定性的一個來源是催化劑顆粒的大小是一致的。只有一致,它的整個衰減才會減弱,因為每個顆粒都長得差不多,所以衰減不會有問題。

? ? 除了燃料電池催化劑的活性,如何改善其表面積,一是活性,二是原子單層,另一個大問題,*近發現,在電極中,質子傳導也是一個很大的問題,簡單地說,電極內的質子傳導是膜內電子傳導電率的十分之一。

? ? 對于這個問題,我們也開發了很長一段時間,優化它,以支持低鉑和超低鉑的應用。我們將顆粒與電極中質子膜的導電問題結合起來,制成一個不對稱的電極,可以提高其耐久性,而不影響其性能。

? ? 目前,我們可以在一批中制作500克催化劑,制作膜電極車輛工況下穩定運行8000多小時,預測壽命超過1萬小時。

? ? 本項目完成了汽車燃料電池低鉑合金膜電極微觀傳質、電荷傳遞和材料衰減的理論突破。形成高功率密度、長壽命運行,適應工況運行。

? ? 去年,我們獲得了中國機械工業聯合會組織的評估。我們擁有獨立的知識產權,開發了一種新型的低鉑膜電極,達到了國際先進水平,是單位燃料電池電堆功率的國際**技術指標。

? ? 我們也得到了國內外同行的高度評價,這是學術界的一些同行。

? ? 除制氫電解槽,膜電極外,我院還有一家合作公司,也在進行流場設計,完全正向開發。如何實現上游、中游、下游的水平衡和熱平衡,增強脊下對流,改善氣體傳質。從電堆的角度來看,我們有電堆的開發能力。目前,有兩種電堆,一種是75千瓦,另一種是150千瓦。

? ? 這是我們實驗室的材料,從單電池到短電堆到長電堆的系統測試和開發能力。

? ? 對于未來,剛才提到燃料電池可以實現3600萬輛汽車的生產,小于1克/100千瓦,這**是大規模的。我們還需要做以下事情,即新型催化劑、新型離聚物、強化傳質和耐腐蝕金屬極板,這是未來需要關注的領域。

? ? 燃料電池的工業化已經進入了商業化的進口期。我們需要更加努力地工作,從追趕到運行,*終**。這需要制氫電解槽,膜電極板、電堆匹配設計和同步開發,這是燃料電池未來發展的方向。


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