氢燃料电池及储能技术综述

PAGE23/NUMPAGES23氢燃料电池及储能技术综述氢储能系统关键技术及应用综述

目录

一、氢燃料电池基本原理(2)

二、氢的制取技术(3)

2.1碱性电解法(4)

2.2固体高分子电解质电解（SPE）(4)

2.3高温固体氧化物电解（SOEC）(5)

三、氢的存储技术(5)

3.1高压存储气态氢(6)

3.2低温存储液态氢(6)

3.3金属固态储氢(7)

四、氢的发电技术(8)

4.1燃料电池分类(8)

4.2固体高分子型质子交换膜燃料电池（PEMFC）(9)

4.3PEMFC的心脏——膜电极技术MEA(10)

五、氢能源的应用(12)

5.1氢能源在国外的应用(12)

5.2氢能源在国内的应用(16)

5.3氢能源在电动车上的应用——丰田Mirai(18)

5.4德国H2YDROSOL技术简析(22)

一、

氢燃

把氢

部的氢燃锂电氢燃作用燃料到达新结由于应空氢燃料电池燃料电池是使氢和氧分别供的负载到达阴燃料电池早在电池能量密度燃料电池车的用，氢原子中料电池阴极板达燃料电池阴结合为水。

于供应给阴极空气，并及时把池基本原理

使用氢这种化供给阳极和阴阴极。

在上世纪60年度出现瓶颈，的工作原理是中的一个电子板（正极），阴极板，从而在极板的氧，可以把水（蒸汽）化学元素，制造极，氢通过阳年代就被应用氢能源的优势是：将氢气送到被分离出来而电子是不能在外电路中产以从空气中获）带走，就可造成储存能量阳极向外扩散用在阿波罗登势逐渐显现。到燃料电池的，失去电子的能通过质子交产生电流。电获得，因此只可以不断地提供量的电池。其基散和电解质发登月飞船及潜。

的阳极板（负的氢离子（质交换膜的，这电子到达阴极只要不断地给供电能。燃料基本原理是电发生反应后，潜艇上，随着负极），经过质子）穿过质这个电子，只极板后，与氧给阳极板供应料电池发出的电解水的逆反放出电子通着近代能源问过催化剂（铂质子交换膜，只能经外部电氧原子和氢离应氢，给阴极的电，经逆变反应，通过外题及铂）的到达电路，离子重

极板供变器、

控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。

与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源。

氢燃料电池车的优势毋庸置疑，劣势也是显而易见。随着科技的进步，曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善，然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍，这个价格是市场所难以承受的。

优势：无污染，无噪音，高效率

二、氢的制取技术

氢气的制作目前有很多方法，但比较常用的方法依旧是煤制氢、天然气制氢、电解水、页岩气制氢。其中美国廉价页岩气制氢成本控制比较好，欧洲挪威、瑞典等国家利用风能、太阳能制氢，日本蓝色能源公司采用生物制氢。

风能制氢以及太阳能制氢虽然不能普及，但是由于氢气比电池拥有更长的保存期限，所以挪威、瑞典等欧洲国家季节性的制氢储存，比如挑选风较大、阳光充沛的季节制氢，氢气保存以待不时之需。当然，很多国家利用核能制氢，俄罗斯等资源丰富的国家电力充沛也会电解水制氢，保存起来出口。

炼油厂钢铁厂也会产生大量氢气，在产能充足的情况下也会外售。

说一个比较典型的例子，澳大利亚国内盛产褐煤，这是一种带有水分的煤炭不易出口，容易

自燃，而火力发电多以烟煤为主。在此情况下，日本川崎重工在当地开始工厂用褐煤制氢，然后用液氢的方法运输到日本国内。澳大利亚对二氧化碳排放要求比较严格，川崎重工则利用CSS(二氧化碳捕获和封存技术)，把这些二氧化碳贮存在海洋深处开发天然气遗留下的洞穴内。川崎重工也与俄罗斯展开合作利用俄罗斯的剩余电能进行能量存储进口到日本国内。日本在氢能源使用方面，利用率已经达到95%，浪费很少。

纯度最高的方式为电解水制氢，是一种完全清洁的制氢方式，技术工艺过程简单。根据电解槽生产技术的不同，电解水制氢方法可以分为碱性电解、固体高分子电解质电解和高温固体氧化物电解3种。

2.1碱性电解法

在碱性电解领域，工业上广泛采用在工作温度（70～80℃）下具有高传导率的高浓度氢氧化钾溶液（25%～30%水溶液）作为电解质。使用铁、镍和镍合金等在电极反应中过电压小的耐碱性材料作为电极。在标准状态下，水的理论分解电压为1.23V，相应电耗为2.95kW·h/m3。但碱性电解中实际电耗达4.5～5.5kW·h/m3，电解效率为53.6%～62%，总制氢系统效率最高仅达30%。碱性电解虽然对设备投资的要求不高，但是80%的运行成本都集中于用电上。

2.2固体高分子电解质电解（SPE）

SPE中的固体高分子膜承担固体电解质的作用，被用于隔离电极并将质子从阳极运送到阴极，因此在SPE中只需供给纯水即可。对于实际SPE电解水制氢系统，工作温度约为80℃，电解电压为1.5～1.6V，相应的电耗为3.6～3.8kW·h，电解效率为77.6%～82%，总制氢系统效率约为35%。SPE所使用的固体高分子膜多为全氟磺酸型膜，被水浸润时酸

性较强，为兼顾耐酸性和催化活性，电极中通常加入铂系贵金属，而且膜本身价格昂贵，因此降低SPE的成本是当前的重要课题。SPE可实现高电流密度电解，功耗低，系统小巧，生成的气体纯度高，容易实现高压化，较适于电能来源丰富、价格低廉，尤其是水力、风力、太阳能等可再生能源丰富的场合。

2.3高温固体氧化物电解（SOEC）

SOEC采用氧化钇掺杂的氧化锆陶瓷作为固体电解质，高温水蒸气通过阴极板时被离解成氢气和氧离子，氧离子穿过阴极板、电解质后到达阳极，在阳极上失去电子生成氧气。SOEC在800～950℃下工作，能够极大增加反应动力并降低电能消耗，电解效率高达90%以上，总制氢系统效率可达52%～59%。此法具有优良的性能，但由于在高温下（1000℃）工作时材料损耗大，且需要持续供给高质量的水蒸气，在目前技术条件下难以规模化。

目前电解水制氢的主要问题是能耗高、效率低。关键技术的突破应集中在减少设备成本、提高电解槽的能源效率以及如何搭建集中式大规模生产系统等方面。

三、氢的存储技术

氢气的运输途径一般有四种，高压氢气、液氢、甲基环己烷MCH、氨。

高压氢气即常用的氢气罐，日本提供700个大气压的氢气罐。加氢站如果采用异地运输的话一般采用高压氢气。液氢适合长途运输，比如川崎重工就可以让液氢损失降低到0.05%，采用大型轮船运输。甲基环己烷是日本千代田提出来的技术，它是通过氢气与有机物产生反应生成氢化物，可以在1个大气压下运输，甚至可以装到矿泉水瓶中，这种情况也适用于长途运输，在资源丰富国家制氢之后运输。运输到目的地之后用特殊催化剂再度提取。HyGird也提出了液体运输氢气的方法，它采用氢气转化成氨的方法运输，然后再提取。

与其它燃料相比，氢的质量能量密度大，但体积能量密度低（汽油的1/3000），因此构建氢储能系统的一大前提条件就是在较高体积能量密度下储运氢气。尤其当氢气应用到交通领域时，还要求有较高的质量密度。此外，以氢的燃烧值为基准，将氢的储存运输所消耗的能量控制在氢燃烧热的10%内设为理想状态。目前氢气的储存可分为高压气态储氢、低温液态储氢和金属固态储氢。

3.1高压存储气态氢

高压存储气态氢是最普通直接的储氢方式，高压容器内氢以气态储存，储存量与压力成正比。目前国内外采用压力为25～35MPa的碳纤维复合钢瓶储运。氢气在35MPa时密度约为23kg/m3，70MPa时约为38kg/m3，储氢瓶的质量储氢密度仅有5%（35MPa）。而且压缩氢气是耗能过程，若使用更高压力的储罐，如70MPa，则压缩过程需要大量的能量，增加了整体成本（压缩的能量消耗相当于液化的1/3）。未来除了要继续研究如何平衡存储压力和压缩能耗的关系外，还可进行储罐材料方面的研究以平衡储罐的重量和价格。

3.2低温存储液态氢

液态氢的体积可减少到气态氢的1/800左右，大大提高体积能量密度。但氢气沸点是-253℃，氢气液化需要消耗相当于氢气燃烧热1/3的能量，每千克氢需要120MJ。而且储存温度和室温相差达200℃，氢气的蒸发潜热低，液氢会汽化散逸，损失率可达每天1%～2%。所以液氢储存不太适用于间歇使用的场合，如汽车。但适用于大规模高密度的氢储存，如可再生能源氢储能系统，越大的储存罐，使用极好的绝热装置隔热，气体蒸发比例越小，但未来需要进一步降低液化过程中的能耗，提高液化效率。

3.3氢还生成适当氢化固态氢环物理在材中。汽车出了氢方的体

和压金属固态储还可以和许多成固态金属氢当升高温度或化物固态储氢态储氢具有安环境要求，是理吸附储氢。材料中。而物

车行驶400了三种方式储方式中最高，体积大小和重

压强的要求相储氢

多金属或合金氢化物，如L或减小压力即氢技术。

安全、能量密度是一种良好的储化学吸附储氢物理吸附储氢公里一般需要储存4千克氢在汽车空间设重量的要求。对相对宽松，

同金化合形成金属LaNi5H6、可释放氢气度和体积密度储氢方式。根氢材料中，氢，则是通过范要消耗12千氢的体积比较设计和行驶成对比气态储氢

时固态储氢具属氢化物。在MgH2和。其中德国度大、运输方根据氢和材料氢与材料发生范德华力，以千克的汽油较示意图，显成本上，固态氢的高压，液具有安全、

体在一定温度下NaAlH4。且H2YDROSO方便、种类多料的作用原理生了化学反应以氢分子的形，折合成氢能显而易见，固态储氢材料更液态储氢的超

体积和质量密下加压，金属且该反应具有OL公司选用多的特点，可理，可以分为应，以原子、形式吸附在材能是4千克固态储氢的体更能满足车载超低温条件，

密度高的优点属可以大量吸有很好的可逆用的就是这种可以满足多样为化学吸附储离子的形式材料的表面和

克的氢气。下体积密度在三载电源对电池固态储氢对点，

是一种良吸收氢逆性，金属样的储储氢和式储存骨架下图列三种储池材料对温度良好的

储氢

金属度约的4属氢汽车四、与传

学能化，4.1

燃料氢方式。

属固态储氢花约比压缩和液4倍左右，使氢化物容易发车上的案例。氢的发电技传统化石燃料能直接转化为可以避免中燃料电池分

料电池按其工花费的能量约液化储存高3使其在运输方发生材料中毒

技术

料一样，氢气也为电能，没有像中间转换的损分类

工作温度不同约是压缩方式3倍。但质量方面受限，镧毒导致储氢能力也可以用于氢像普通火力发损失，达到很高

，把碱性燃料式（70MPa）量能量密度较镧和锂等材料力下降，目前氢内燃机（发电机那样通高的发电效率

料电池（AF的一半，液较低，金属氢料可改善重量前还没有出现ICE）发电。通过锅炉、汽率，而且更高C，

100℃液化方式的1氢化物储存罐量问题，但价现将金属固态但由于燃料汽轮机、发电高效环保，所）

、固体高分

1/5，体积能罐的重量是汽价格昂贵。而态储氢技术应料电池能将氢电机的能量形所以更具实用

分子型质子交能量密汽油罐而且金应用到氢的化形态变用性。

交换膜

燃料池；称为在可电池4.2质子

化剂料电池（PEM把熔融碳酸盐为高温燃料电可再生能源的池（PEMFC）固体高分子子交换膜燃料

剂，氢或净化MFC，100℃盐型燃料电池电池。

的氢储能应用）。它具有高功型质子交换膜料电池一般以

化重整气为燃℃以内）和磷池（MCFC，中，重点关注

功率密度、高膜燃料电池以全氟磺酸型

燃料，纯氧或空磷酸型燃料电650℃）和固注使用纯氢作高能量转换效（PEMFC）固体聚合物膜

空气为氧化剂电池（PAFC固体氧化型燃作为燃料的固效率、低温启

膜为电解质

剂。下图为，200℃）燃料电池（SO固体高分子型启动、环保等，碳负载PtPEMFC的工

称为低温燃OFC，1000型质子交换膜等优点。

或其合金为

工作原理图。燃料电0℃）膜燃料电催

1）氢2）在为：3）在氧分O2+气，4.3MEA进行构成在

M氢气通过管道在阳极催化剂H2→2H++在电池的另一分子和氢离子+2H++2e→总的化学反电子在外电就可以向外PEMFC的心A作为PEM行电化学反应成的，以NafMEA

工作时道或导气板到剂的作用下+2e。

一端，氧气（子与通过外→H2O

反应为：H2+电路形成直流外电路的负载心脏——膜电MFC的心脏应的场所。Mfion115质子

电极内同时进到达阳极。，1个氢分子或空气）通过外电路到达阴+1/2O2＝H2流电。因此，只载连续地输出电极技术M，是决定整个EA是由质子子交换膜为例

进行着质子、

子解离为2个过管道或导气阴极的电2O

只要源源不断电能。

EA

个FEMFG系子交换膜、催例，NIEA的

、电子、气体个氢质子，并气板到达阴极子发生反应断地向燃料电系统性能的关催化层((Cata的结构如下图

体和水的传递并释放出2个极，在阴极催生成水，阴极电池阳极和阴关键因素之一lystLayer,C图所示。

递过程，如下个电子，阳极催化剂的作用反应为：阴极供给氢气一。它是PEMCL)和气体扩下图

极反应下，1/2气和氧MFG扩散层

质子子在气体随着通过其电张力到电扩展的利影响交换膜电

键因子(H+)在电催在电催化层中体由多孔性的着气体的流动过多年的研究电解质为固态力，使电解质电催化剂的表展三维的反应利用率，又减少响质子交换膜换膜技术被国电极上铂载量

因素，对其制催化层中的传中的传递主要的扩散层到达动，而憎水剂究，对于MEA态的离子聚合质渗入多孔电极表面，应尽可能应区间，形成质少各种传递过膜燃料电池性国外厂家垄断量明显减少；

制备工艺和结传递主要依靠要依靠导电性达电催化层，剂如PTFE的使的结构特点合物（ionom极的内部，形能地扩大催化质子、电子和过程的阻力。性能的三大关键断，价格昂贵膜电极是影

结构优化的研究靠质子导体(N性的Pt/C电并在电催化使用也有助于点已有所共识mer），而非电形成三维反应化层中的离子和反应气体的MEA的工作键是质子交换；电催化剂一影响PEMFC

究最为关键。

Nafion)，并在电催化剂，并通化层中的孔隙于水的及时排，它与一般电电解质溶液，应区。为了使子聚合物与电的连续通道，作性能是决定换膜、电催化一般采用铂，性能、能量。

在膜中由阳极通过气体扩散中得以扩散;排出。

电他中的气体因此不能借使反应气体通电催化剂颗粒这样才能既定PEMFC性化剂和膜电极，价格高昂，量密度分布及极传递到阴极散层到达外电;水的传递一体扩散电极不借助于溶液的通过离子聚合粒的接触面积既充分提高催性能高低的关极。高性能的近年的研究及其工作寿命极;电电路;一般伴不同，表面合物达积，即催化剂关键。的质子究已使命的关

燃料电池需组成电堆才可大规模发电，因此要发展高均一性的电堆技术，组成大容量联合循环发电系统。同时，燃料电池发电系统通常还需配置一个辅助储能环节，弥补燃料电池动态响应上的不足。燃料电池产生的直流经换流器转为交流及电池与系统连接运行时，需对交流波形、高次谐波、故障分析和保护等问题进一步研究，采取专门的措施稳定并网。

五、氢能源的应用

在氢储能领域，欧、美、日等国起步较早，走在世界前列，根据既定的氢能发展战略有序推进，已经取得了较大成果。

5.1氢能源在国外的应用

德国在普伦茨劳市推进PTG（powertogas）项目，采用电解水制氢方式，将富裕的风电转化为氢气存储。下图是位于该市的风电-氢气混合发电站，这是世界上第一座此类电站，于2011年11月投入运行。

该电厂利用风能、氢能和生物质能（沼气）混合发电，发电量6MW。ENERTRAG综合发电厂的工作原理是：3台2MW风机正常发电，所产生的大部分电力直接并入电网，一部分电力用于电解水制氢，所产生的氢气就地加压储存。同时利用附近啤酒厂的生产肥料制造沼气（生物质能），将沼气与氢气作为燃料混合发电，热电联产，产生的电力配合风力发电平稳的输入电网，产生的热能给电厂附近区域供暖。电解水制氢储存起来的氢气在富余时还可以输送到当地的加氢站，用来给燃料电池汽车加氢。下一阶段将会继续建设3座电站，投入更多的示范设备并将制备的氢气并网到天然气输送管道中去。

法国伏电备，储存PEM废热实际氢燃Filli

欧洲国在科西嘉岛电站的电力输将超出预测存在储气罐中MFC（固体高热用作温水回际出力和电站燃料电池最大ngStations

洲

岛启动完成了输出平均化，更测出力的电力中。MYRTE高分子型）燃回收，储藏在站实际出力对大最基本的难

sWorldwidMYRTE项更易于并入电（图右中①区与15kV燃料电池利用在温水罐中。综对比图，实际并难题就是加氢

e（世界比较项目（下图左电网。MYR区）用50k的电网联动用氢氧发电（综合效率达到并网供电量如氢站，首先我

较权威的加氢左），将光伏发RTE项目建设kW的电解水动，在光伏出图右中②区到70%～80如图中的红线我们来看下世

氢站统计网站发电与氢储能设了560kW水装置生产氢出力不足时，）。电解和燃0%。图右为线所示。

世界加氢站的站）

：

能结合起来，W的光伏发氢气和氧气，由100kW燃料电池发电为相邻两天的

的分布Hydro

使光发电设分别W的

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北美

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洲

以上已经可以100截至划,2料电氢动田，先巴比巴

以，上图中绿色旗经废弃或者取以看出，欧洲0座加氢站,加至2015年建2015~2020电池汽车推广动能发展比较第二梯队包巴拉德一代，巴拉德的石墨

丰田的体积旗帜表示已经取消的项目。洲日本是有巨大加利福尼亚州建成加氢站5年间,全球有广及加氢站基较好的国家还包括加拿大公巴拉德的技墨板更轻、更

积能量密度、经设立的氢气站

大投入资金在州截至2015年50座;日本加有望建成数百基础设施建设还是日本，然公司巴拉德（技术还是上世纪薄、寿命更久

质量能量密度站，黄色为将在燃料电池这年建成68座加氢站建成百座加氢站。的发展战略。然后是美国、Ballard），大纪80-90年久。膜电极丰

度都要比巴拉将要设立或者这块的，到2座加氢站;英国100座,各国此外,日本、。

德国，韩国大洋电机持股年代的技术。丰田是喷涂法

拉德强。

者已经在做规2020年美国国计划建设6国都在出台相美国和欧洲国。技术水平股9.9%。丰比如，丰田

法，比巴拉德规划的，灰色国东北各州将67座加氢站;相应加氢站建洲等已经制定平最高的公司丰田的技术水田是金属双极

德层压法更好

色表示将建设德国建设计定了燃是丰

水平领

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5.2氢能源在国内的应用

与国外大规模建站不同,目前中国现有加氢站数量稀少,且没有长期规划。据介绍,国内加氢站仅有4个,分别位于北京、上海、郑州、深圳。北京加氢站自2006年11月启用至2010年8月,累计加注燃料2023次,共加注氢气19100公斤，采用电解水方式制氢,由于其他原因于2011年被拆除。

上海安亭加氢站还在运营,该站始建于2007年11月,主要采用外供氢气,加注压力为35MPa,存储压力为43.8MPa,存储容量为800公斤。截至2015年6月,安亭加氢站累计加注6013次,加注总量为10216公斤。上海为服务世博会曾特意建设了一个世博加氢站,是当时世界上规模最大的加氢站之一,氢气供给方式为外供氢,主要用托车运输。该加氢站的加注压力为35MPa和43MPa,储存压力43~45MPa,最大存储容量达1000公斤。由于规划原因,世博加氢站已于2011年被拆除。”

为服务大型国际展会或赛事建造加氢站的城市还有深圳。2011年8月,深圳为迎接第26届大学生运动会也建设了一个简易加氢站,作为示范运行使用。该站运营期间共加注537次,加氢总量为460公斤。该站曾停运两年后,于2014年恢复运营至今。建设广州加氢站是为供给亚运会观光车的氢能。共加注1700次、总量为5900公斤的氢气,目前该设施也已被拆除。

目前国内加氢气站稀缺的主要原因是装备大多依靠进口,这直接导致建站成本居高不下,因此,加氢站设备的自主研发必不可少。目前国家科技部正在支持建设一个70MPa的加氢站，该加氢站选址在大连,是国内第一个完全采用自主研发装备的加氢站,该加氢站会接入风电和光伏发电并结合电解水提供氢源,建成制氢加氢站,存储容量为200公斤,加注时间为3~5分钟。众所周知,加氢站的运营成本居高不下是阻碍大规模发展的主要原因。主要包括建设高成本、运营维护成本高、成本回收期较长三部分。但中国建加氢站具有一定成本优势,日本建设一

个储存量为150公斤的加氢站大约需要300万欧元;美国则需要250~300万美金;欧盟国家为100~150万欧元;中国建设一个200公斤以上存储量的加氢站,成本仅为600~800万人民币(不包括土地成本),由于加氢站设备的运行维护成本很高,即使按照净现值分析法,目前一个200公斤存储量的加氢站,氢气成本达到70元/kg,经济性非常差。即使达到国际上平均水平55元/kg,按照国内目前氢气加注量和氢燃料电池汽车的保有量,十年内也很难盈利。

此外,加氢站成本回收周期较长,加氢站的基础设施需要依靠车辆充电、加氢规模效应平衡收支来盈利。据公开数据显示,2015年,国内氢燃料电池乘用车仅10辆、公交、大巴为3辆。到2020年,国内氢燃料电池乘用车有望达到3000辆,公交车大约为8000辆,保有量依旧远远低于日本、美国、欧盟等地区。现阶段产业链需完善，国内燃料电池车保有量不足以直接掣肘加氢站数量,加氢站建设缺乏有效推动。

从另一个层面来看,车辆稀少也直接体现出产业链发展不充分。国内燃料电池汽车技术主要科研机构只有新源动力、中科院大连化学物理研究所、武汉理工大学、上海交大、东岳等几家单位。在燃料电池系统、动力系统和整车应用层面,上汽集团走在前列;在应用层面,仅一汽、东风、奇瑞、长安、宇通等企业生产相关车辆,产业链发展略显薄弱。

中国工程院院士衣宝廉对未来国内氢燃料电池汽车产业发展提出了几条建议。第一,要加大氢燃料电池关键材料,例如膜、炭纸、催化剂、MEA、双极板等批量生产线的资助力度与研发投入,实现关键材料国产化;第二,重点要提高电堆可靠性与耐久性;第三,促进燃料电池过程研究结果与发动机生产单位融合,把抑制衰减措施落到实处,进一步深入研究阳极水管理过程、低温启动、系统模块化,提高燃料电池系统的可靠性与寿命;第四,发展燃料电池发动机快速评价方法,推进加氢站建设和燃料电池汽车的示范运行,以示范带动技术链与产业链的发展;第五,全力攻克70MPa氢瓶、空压机、加氢站建设的难题。最后,衣宝廉表示,超低铂、非铂催化剂的电极开发与实用也是一项艰巨而长期的任务。

氢燃料技术门槛还是比较高的，国内主要来源两拨技术人员。一部分是高校，另一部分是国外类似公司干过几年回来的。目前国内最大的氢动力汽车公司是大连新源动力，公司最大股东是上汽集团。

另外巴拉德在佛山落了一条产线，有当地几千台大巴的订单，但核心技术依然从巴拉德采购。氢燃料电池核心技术有三点，膜电极、金属双极板和集成封装。佛山生产线只是解决了集成封装国产化问题，其他两个核心技术没有解决。

汽车厂商一般着重研究成本问题。目前而言，无论加氢站还是氢能源汽车不能普及，普及需要2030年左右，前期需要政府补贴，毕竟氢社会到来对国家百利无一害。

英国对加氢站建设成本补贴一半，对加氢站运营成本也补贴一半，欧洲对氢能源补贴幅度较大。氢燃料电池汽车普及程度需要依靠加氢站，德国打算建造1000座加氢站、日本也同样1000座加氢站，美国加州打算2015年1万辆氢能源汽车。氢社会的到来与否主要依靠氢燃料电池汽车的普及程度。

氢燃料电池汽车目前主要是成本控制，为降低成本丰田一些核心部件均是自己制造，同时在反应催化剂上不断寻找替代品或者减少金属铂的用量。

氢燃料电池和纯电动一定是会处在共存的状态，必须要分析国家的环境加以区别，比如日本国内用电紧张，就不适合使用纯电动，而美国多以插电式混合动力为主。

5.3氢能源在电动车上的应用——丰田Mirai

氢能源在电动车上应用的集大成之作——丰田Mirai。

丰田Mirai使用70MPa高压储氢罐（储氢重量约5KG），配备PEMFC质子交换膜低温燃料电池，新款Mirai续航650公里，加氢时间3-5分钟，和加油体验差不多。

5.3.1丰田Mirai燃料电池结构图及主要参数

5.3.3D立5.3.传统子液有实

可以2阴极的创新立体精细流道3电解质薄膜统的燃料电池液体的膜被研实际应用的。得

以做的更薄。新。

道很好地解决膜做得更薄池用的是Naf研发出来，各有得益于杜邦N

决了燃料电池，气体扩散性fion膜，通过有优缺点，这Nafion

膜的池中水管理和性能提升。电解过水来导质子这方面的文章

的生产工艺提和气流冲突的解质薄膜可以子。后来也有章汗牛充栋，

提高或换成更的问题。

以说是燃料电有很多运用磷，但成品都集

结实的膜材料电池的核心部磷酸，硫酸或集中在实验室料了（PBI

一

部件，或者离室，没一类）

5.3.4限制性能的效5.3.通过5.3.2个才行想挤实验留下氢气

周围4催化剂处于制燃料电池应能差太多。所效果。这次通5氢气储存罐过对罐体受力6氢气储存罐70Mpa的气行，这种压力挤破这种罐体验中5mm口下凹痕；另外气瞬间就逃逸

围更容易爆炸于超激活状态应用的最大问以常用的方法通过铂钴合金罐

力区域的模拟罐的安全性

气罐能承受内不仅在现实公体只有那种万口径的子弹射外氢气比想象逸光了，相比液

炸燃烧。

态。

问题就是催化剂法是把催化剂金和纳米颗粒拟，用最少的纤内部70Mpa公路上无法找万吨水压机才能射击氢气罐，根的安全，因为

液化天然气化剂。Pt催化剂材料做成纳的方法，降低纤维做出最大a超高压力，找到，即便是能做到；在生根本无法击穿为氢气的逃逸LNG

和高压化剂太贵，容纳米级的颗粒低了90%的大的安全性。外部想挤破它是重型卡车夹生活中唯一能穿，子弹不仅逸速度实在是压天然气

CNG容易中毒，可粒，用最少的铂需求。

。

它至少要14夹饼干的撞击能弄破这种罐仅被弹开，甚是太高了，最G，

因为比较可是其他的催的催化剂做出40Mpa超高击也无法做到罐体的方法是甚至没有在氢最恶劣的泄露

较重泄露后存催化剂最大

高压力到，要是刺穿，氢气罐露情况

存续在

5.3.7丰田Mirai的使用成本

售价上：丰田Mirai在日本售价折合成人民币30多万，补贴后价格20多万。除了日本，Mirai也在欧美上市了。

用电成本：对比特斯拉ModelS60池容量60kWh，续航里程390km，每公里耗电0.154kWh。假设使用上海电力第三档谷时段充电，那么跑1公里的费用0.154*0.487=0.075元。丰田Mirai加一次氢约5000日元，能跑500km，那么跑1公里的费用为10日元，以100日元换6人民币的汇率计算，为0.6元。

维护成本：特斯拉的电池是有使用寿命的，作为每公里使用成本如果不加上电池的重置成本是根本反映不出电动汽车目前极其高昂的使用成本，即看着省油但不省钱；丰田Mirai的核心燃料电池几乎没有维护成本，催化剂使用铂金本身也不消耗，没有电池的重置成本，其实每公里0.6元的成本并不是很高，随着氢气制取成本的逐渐降低，丰田Mirai的优势会逐渐凸显。

另外从质量能量密度上来看，锂电池的理论上限是300Wh/Kg。但是氢燃料已经做到全系统600Wh/Kg，理论上限是1-2万Wh/Kg，还有很大提升空间。另外锂电池对电网的冲击太大是永远解决不了的，一辆跑400公里的特斯拉，即便用最快的充电方式也要75分钟才能充满，这种极快的充电方式不仅对电池极其有害会缩短寿命，需要的电流更高达192A（前40分钟用192A充满80%，后35分钟需要低电流涵养电池），这种极为夸张的充电电流是不可能大规模普及的，一台特斯拉极速充电模式的192A相当于家用40台壁挂式空调，如果电动汽车大规模普及，不仅现有发电规模翻几十倍都跟随不上，更让现有的电网规模瞬间崩溃。

5.3.8丰田Mirai的不足

不考虑氢气制备运输之类的问题，其他最重要的几个：燃料电池永远是需要预热的。对于习

惯了杂的度，5.4德国体的以金标准5.4.H2Y接电

解决了扭药匙就开的装置，远比排水，气流德国H2YD国氢能源H2Y的系统，利用金属固态储氢准模块，再通1氢气的制备YDROSOL公电解水来获取

决我国“三北开车的我们来比锂电池和内燃流等等。这么DROSOL技术YDROSOL公和收集欧洲丰氢的方式常温通过固体高分备

公司利用风力取高纯度氢气

北”地区不稳来说，是否可以燃机复杂，这么复杂的一个装术简析

公司描绘的是丰富的风能和温状态下存储分子型质子交换力发电机和太气，此技术已经

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