鉅大LARGE | 點擊量:1087次 | 2021年09月26日
氫能燃料動力電池關(guān)鍵技術(shù)與瓶頸
據(jù)科技日報報道,在氫能燃料動力鋰電池領(lǐng)域,美國、日本處于世界領(lǐng)先地位,德國次之。加拿大、英國、韓國、我國等處于第二集團,是氫能經(jīng)濟的有力挑戰(zhàn)者和追隨者。但是,關(guān)鍵技術(shù)、示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化差距導(dǎo)致我國氫能燃料動力鋰電池技術(shù)發(fā)展面對嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。關(guān)鍵材料研發(fā)
燃料動力鋰電池的關(guān)鍵材料重要包括催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板、絕緣端板等。高性能燃料動力鋰電池關(guān)鍵材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)成為限制燃料動力鋰電池技術(shù)進步的重要問題之一。
催化劑是保證燃料動力鋰電池電化學(xué)反應(yīng)活性的關(guān)鍵,已成為燃料動力鋰電池領(lǐng)域最為熱門的研發(fā)方向之一。燃料動力鋰電池催化劑重要分為鉑催化劑、低鉑催化劑以及無鉑催化劑三類,研究內(nèi)容涵蓋多元合金催化劑、核殼催化劑、非貴金屬催化劑以及陰極催化反應(yīng)機理研究等。
質(zhì)子交換膜作為燃料動力鋰電池系統(tǒng)的另一類重要核心材料,同樣是影響電池性能和壽命的關(guān)鍵因素,其技術(shù)難點重要包括:(1)質(zhì)子膜導(dǎo)電機理與降解機理研究;(2)具有化學(xué)與機械穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、自加濕能力的高性能質(zhì)子膜材料的開發(fā);(3)質(zhì)子膜的成型技術(shù)。
膜電極制備
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
膜電極作為電化學(xué)反應(yīng)場所,是燃料動力鋰電池系統(tǒng)的核心功能部件,其研發(fā)面對的關(guān)鍵技術(shù)難題重要包括:(1)增強膜電極三相反應(yīng)界面及其穩(wěn)定性;(2)單片膜電極制備的均一性和膜電極批量生產(chǎn)的一致性;(3)膜電極中催化劑的腐蝕與質(zhì)子膜的降解;(4)膜電極破壞機理研究與壽命衰減測試;(5)商業(yè)化膜電極制備技術(shù)及其性能可靠性。
我國開發(fā)出的膜電極電輸出性能已接近1W/cm2的國際先進水平。
電池堆設(shè)計
燃料動力鋰電池堆的設(shè)計上承系統(tǒng)運行要求,下接關(guān)鍵材料性能,同時還要考慮反應(yīng)氣流體力學(xué)行為與電化學(xué)反應(yīng)過程,是基礎(chǔ)研究與工程設(shè)計結(jié)合的產(chǎn)物,所涉及的技術(shù)難點重要包括:(1)電池堆內(nèi)部反應(yīng)氣與冷卻液的均勻分配;(2)電池堆縱向溫度分布的均一性;(3)端板節(jié)電池的性能衰減;(4)陰陽極反應(yīng)腔內(nèi)濕度分布的可控性;(5)電池堆內(nèi)部單電池性能分布與操作條件優(yōu)化;(6)電池堆密封的可靠性;(7)電池堆耐水淹、耐干燥條件運行能力;(8)電池堆裝配壓力分布對性能影響及裝配工藝優(yōu)化。
電池堆設(shè)計根據(jù)所處研發(fā)階段而面對相應(yīng)的技術(shù)瓶頸:(1)電池堆運行的可靠性,包括運行的穩(wěn)定性,安全性及壽命;(2)電池堆發(fā)電效率、功率密度的提高和成本的減控;(3)電池堆批量生產(chǎn)過程中的質(zhì)量監(jiān)控和成本降低。
系統(tǒng)集成
燃料動力鋰電池系統(tǒng)設(shè)計、集成與控制是以電池堆運行特性為基礎(chǔ),根據(jù)系統(tǒng)運行要求,結(jié)合附屬部件工作特點,實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件控制與硬件集成。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和模塊的多樣化,燃料動力鋰電池系統(tǒng)集成面對的重要技術(shù)難題包括:(1)電池堆與系統(tǒng)內(nèi)其它模塊間的熱量耦合及散熱處理;(2)系統(tǒng)水氣管理與循環(huán)利用;(3)系統(tǒng)的快速啟動與響應(yīng);(4)附屬部件與系統(tǒng)電能輸出的能量管理以及系統(tǒng)故障實時檢測與自修復(fù)功能。
示范應(yīng)用
我國燃料動力鋰電池汽車的示范重要得益于大型活動的舉辦,如2008年北京奧運會及2010年上海世博會均有較大規(guī)模的燃料動力鋰電池車示范運行,但運行時間未超過一年,與國際上長達數(shù)年的大規(guī)模示范有較大差距。氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落實是制約燃料動力鋰電池示范應(yīng)用的重要原因。我國累計建造了5座加氫站,目前僅有2座保持運行,而國際上已有近200座加氫站在運行。
國際上燃料動力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,但國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化程度還很低,且研發(fā)主體基本為中小公司,商業(yè)化產(chǎn)品寥寥無幾。
下一篇:廢舊電池的回收困境