在笔者收集的资料中,总结了几点多数专家共同认可的因素,来对氢燃料电池在应用中无法回避的问题进行一些剖析: 1,氢气的制取: 氢气制取的方法非

在笔者收集的资料中,总结了几点多数专家共同认可的因素,来对氢燃料电池在应用中无法回避的问题进行一些剖析:

1,氢气的制取:氢气制取的方法非常多,最常见的包括水电解和天然气或甲醇等化石燃料的重整,目前全球90%以上的氢气都是通过后者的方法制取出来的,技术非常成熟,目前的工厂车间成本大约为2.5元/m³,而在HYDrone-1800上实现4.5小时续航大约只消耗了3.5m³氢气。但是目前氢气还是属于一种工业品,算上分装、压缩、运输、分销等成本,目前高纯氢的零售价格一般在15元/ m³左右。目前许多工业国家正努力在未来实现氢经济社会,将氢气变成一种消费品,其潜在的成本非常低廉。我们国家正在大力推广煤制氢,氢气成本大约为0.8-1元/m³。

2,燃料电池的高昂价格:在氢燃料电池发电的过程中会用到金属铂作为催化剂。而金属铂,就是我们常说的白金,属于稀缺金属,被很多人认为是造成燃料电池成本高的主要原因。但是事实上我们了解到,目前在燃料电池中的铂使用量非常少,其材料成本根本不高,每kW功率燃料电池所含有的铂的价值大约也就100-200元RMB,而且目前用量还在不断降低。真正造成成本高的原因是产业不够成熟,产量太小导致生产成本过高。当然单靠无人机行业可能无法将产量做到足够大,但是随着氢燃料电池在汽车等其他领域的普及,其成本会大幅下降,甚至低于锂电池目前的成本水平。当然目前还有很多公司和研究机构在研究非贵金属催化剂,目前有一些已经取得了不错的效果。

3,氢气的储存:一般常见的储存方法有常压吸附储氢、高压储氢、液氢储氢、化合物储氢等。氢气的各种存储方法都有各自的缺陷,目前一般都是根据终端产品的应用领域和使用方法来选择更合适的储氢方法。在汽车上被各大车厂广泛采用的是高压储氢方法,但是需要匹配合适的加氢设备。工程师们正在不断的努力设计出使用更方便更安全的加氢设备,做到像汽车加油一样的便捷。

氢能民用就此“因噎废食”?

在讨论这个问题之前,我们先看几则新闻,以下新闻均摘自中国科技部官方网站:

♦2015年9月,中国科大杜平武教授课题组研制出一种新型光催化制氢材料,具有高效率、低成本的优异特性。该小组研究发现,过渡金属“磷化物”作为一种“助催化剂”,有着很好的光催化制氢性质,将磷化亚铜、磷化钼等磷化物负载在半导体上,可以有效提升半导体光催化产氢效率。在此基础上,该课题组又巧妙地将新型磷化镍“助催化剂”,负载在硫化镉半导体上,获得了高效、稳定、廉价的人工光合成催化剂。杜平武表示,这种新型光催化制氢材料价格低廉、性能优异、制备简单、稳定性强,对于未来光解水制氢具有重要应用价值。

♦2015年12月,中国科大学熊宇杰教授课题组设计出一类具有原子精度壳层结构的助催化剂,在降低贵金属铂助催化剂用量的同时,大幅度提高光解水制氢性能,为开发低成本、高性能光催化材料提供了新的途径。

熊宇杰小组别出心裁地设计出一种新型钯-铂核壳结构助催化剂,无需使用成本高昂的原子层沉积技术即可生长少数原子层厚度的金属壳层。熊宇杰表示,基于该技术,光解水制氢效率与无助催化剂的半导体光催化剂相比提高了322倍,比传统纯铂助催化剂的半导体光催化剂体系提高8.2倍。同时,该设计以相对廉价的钯内核替代了金属铂,使材料成本降低了1/3以上。

♦2015年12月,中国科学技术大学化学与材料科学学院吴长征教授研究组与张群教授研究组合作,研制出全新水溶性简单小分子助催化剂,成功将光催化产氢性能提高了32倍,为摆脱目前广泛使用的贵金属助催化剂提供了新途径。

一个又一个相关技术在突破,虽然从研究成果到工业化应用还有很长的路要走,但可以预见的是,随着氢气制取技术渐趋多样化,有望摆脱传统贵金属助催化剂体系,为设计廉价、高效的光催化体系提供新途径。

[责任编辑:赵卓然]

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