燃料电池汽车发展新途径与《49》能源经济-PowerPo

燃料电池汽车发展新途径与《49》能源经济

孟广耀（mgym@）中国科学技术大学固体化学与无机膜研究所●氢燃料电池汽车：前景光明还是未来难测？●直接液态燃料的燃料电池汽车●《49》燃料经济与可持续发展●结论与展望《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》

现代交通工具－现代文明的重要组成部分，

动力主要是来自汽油或柴油为燃料的发动机

●燃料利用效率低，消耗了很大比例的能源资源，

●同时造成了严重的环境污染，特别是城市的环境污染

解决途径燃料电池汽车（以燃料电池发电为动力）

●燃料的化学能直接转变为电能，

从而燃料能转换效率高的多，

●对于PEFC－排放物H2O：“零污染”

氢经济，氢能社会

《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》能源、环境与资源－可持续发展面临的重大挑战，中国人均资源占有率相对很小,问题更为严峻PEMFC电动汽车前途未卜$PEMFC电动汽车六大技术障碍

——自美国能源部启动时间——电池启动快，但燃料处理要5－10分使用寿命——目前运转记录为1000－2000小时PEFC系统的成本——批量生产仍高达$300/kW

空气的供给——供:需＝12:1，特殊空气压缩机H2-燃料供应网站——密度要超过当前汽油供应站铂的成本和供应——超过全球铂的供应能力2001美国电动汽车资金分配：

52%燃料处理

30%

PEN相关材料

18%其它《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》燃料电池汽车：

前景光明还是未来难测？

■PEFC需要贵金属Pt为电极催化剂，发展PEFC汽车工业对Pt的要求远超出全球铂的供应能力，■

PEFC还需要特殊空气压缩机供给高比例的空气（供:需＝12:1），技术难度高，成本增大。■需要纯氢燃料，供应难度高，其网站密度需超过当前汽油供应站，投资巨大难以为市场接受■氢的制造仍主要基于化石资源，加之储运、供应等环节成本特高，对环境具有额外的污染排放压力，这就抵销了排放产物仅仅是H2O这一优点。传统的热机驱动的汽车●超过100年的发展历史，结构相当合理、技术上简单可靠，制造成本已经很低●操作寿命超过10000小时，行程超过40万公里。大巴、货卡车、轮船和机车甚至可以超过2.5万小时和100万公里●汽车制造商也在通过不断技术创新改进使汽车能达到环境要求标准。例如，Toyota曾展示四冲程循环内燃机，其尾气比美国洛杉基的典型空气还要清洁5倍。基本结论：只有直接液体燃料的燃料电池汽车具有技术经济竞争力！技术经济竞争力？《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》从燃料井到燃料电池效率比较转变为氢气压缩氢或液氢氢的运输SOFCMCFCPAFCPEFCAFC石油和天然气井净化脱硫精炼运输80%60%40%20%050%效率加上附加损失效率《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》洁净天然气电厂系统造价($/kW)05001000150020002500300035001kW1MW1GWPEFC

MCFC

传统发电站SOFC《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》●

燃料能的转化和利用效率最高，直接电能>60%,（电+热）>80%●对燃料的广泛适应性

(H2,CH4,CO,CO+H2,生物质气)●

无须贵金属电极

(优于PEMFC)，可大规模发展●模块式设计，放大方便，效率基本不随规模、功率而变。

●

全固态，结构稳定，操作方便（与MCFC等比较）

●

应用多样、适应性广－大、中、小型固定电站和分散电源、移动电源.SOFCs技术最有希望成为人类从化石能源向氢能社会过渡的桥梁！受到世界各国的普遍重视和大力投资研发。

固体氧化物燃料电池（SOFC）

—21世纪的绿色能源《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》利用液态碳氢燃料的各种汽车的估计效率★四冲程内燃机汽车：19％★柴油引擎汽车：25％★DMFC或PEFC汽车：35％★SOFC/CMFC汽车：50％《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》我们的追求：直接液态燃料的燃料电池汽车●PEFC汽车，直接利用纯氢（气）燃料－技术难度高，制造成本高，对环境压力大。●汽车开发商们更为看好直接甲醇燃料电池（DMFC），因为甲醇是液体，具有比压缩氢气大的多的体积能量密度，其供应方式与目前的汽油网点一致，安全清洁。但DMFC也是采用质子交换膜电解质，低温操作和必须使用贵金属铂。另外，一般汽车制造商们不太了解的是，DMFC的燃料转换效率比PEFC更低，目前的发展主要是针对(也比较适合于)小功率体系应用。●工程技术界更加推崇固体氧化物燃料电池（SOFC），SOFC不仅具有最高的能量转换效率，主要的是可以直接使用碳氢化合物燃料，也就是说可以直接应用液体燃料。鉴于SOFC的产业化进程远不如PEFC人们认为SOFC作为汽车动力目前是一种逻辑选择。《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》中国科技大学研究团队在SOFC方面的研究1998年举办第97次香山科学会议《新型固体燃料电池》此后，承担5项863计划项目，是国内唯一获得连续支持的单位；先后承担12项国家自然基金项目（全国第一）发表的SOFC相关SCI论文数在国际研究机构中排名前五（国内排名第一）相关专利发明>20《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》活化极化严重产业化指标：300mW/cm2YSZ基薄膜制备及界面优化440mW/cm2通过界面优化显著降低了界面极化电阻，大大提高了电池性能实现了YSZ基SOFC的中温化？电解质、电极界面：电子传输与离子转移气体通道－三相线电极界面活性化、纳米化YSZ——SOFC产业化首选电解质中国科学技术大学固体化学与无机膜研究所《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》10μmA10μmB592307SDC电解质的优点：1.中温下电导率高2.适合发展中低温电池高性能SDC电解质的SOFC的研制电解质——致密，约24um缺点：致密化困难目前没有大面积制备SDC电解质薄膜的技术报导浆料涂膜法制备SDC（厚度：20微米）性能达国际先进水平，低成本的浆料涂膜法将加快SDC基SOFC产业化870mW/cm2(650℃)《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》10μmBYCZfilmAnodesupportCathode20μm原位化学合成混合浆料喷涂灼烧高温质子导体（BaCeO3基材料）薄膜化-在国际上率先用低成本技术制得10微米级薄膜，获得中温高电池性能：580mW/cm2,700C基于质子导体的SOFC：

●

可以显著提高H2燃料的利用率●比SDC电池的OCV高，具有提高电池功率的潜力●离子传输和电池过程机理－基础研究课本实验室采用纳米粉体的三层共压法制得薄膜化电池，性能在国际上领先本工作的进一步创新和进展

(1）采用浆料涂覆法：规模化，高重现性，低成本（2）原位化学合成，可以进一步提高质量降低成本！《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》直接液氨燃料的陶瓷膜燃料电池（CMFC）基本出发点－NH3是良好的H2载体：NH3含75％摩尔的氢，作为燃料电池燃料时其排放物仅仅是H2O和N2。工业化液氨的能量密度高，是高压氢气（250atm）的11倍，而又具有价廉、储运方便、相对安全（比汽油还安全）、使用方便等所有液体燃料应有的品格结果：液氨燃料CMFC，中温（<700℃)高性能500mW/cm2

(BCGO），936mW/cm2（YSZ），1190mW/cm2（SDC）图液氨燃料氧离子导体陶瓷膜燃电池的性能：650℃，1190mW/cm2G.Y.Meng,C.RJiang,etal,J.PowerSources,173(2007)189

《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》氨（NH3）：优秀的能量（H2）载体和液态车用燃料●体积能量密度大约是汽油的一半,比液氢的能量密度大50％

●可以直接用作燃料，或先裂解成气态的氢再应用●在中等压力(5－10atm)和温度下以液态存在●氨燃烧不产生温室气体CO2

，也不含CO,SOx,orNOx

●是第2号化学品，全球1.3亿吨年产量。美国年耗量2000万吨。●具有广泛的应用经历和市场，有分布普遍的供应设施●

可以从H2O＋空气＋可再生能源制造。良好的自然界循环王宏模博士，“氨经济与中国的长盛久安”中国青年报，科技前沿版，2006年12月12日美国AmmoniaConference，（2004－）， 其论坛主题分别为：氨-对氢能挑战的一种解决（2004.10）；氨-氢能经济的关键（2005.10）；氨-美国能源独立的关键（2006.10）；氨-可持续的无污染燃料（2007.10）；氨-美国能源独立的关键（2008.09）

《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》直接碳氢燃料的阳极积碳问题－

SOFC/CMFC产业化和用于汽车的主要障碍◆利用纳米SDC＋Ru对Ni基阳极加以改性◆含C6H18（模拟汽油）的混合气为燃料基本上不积碳（50小时，但仍稍有退化）2006年中国两院院士投票：此为《2005年世界上十大国际科技进展的第7条》ZhanZ.L.,etal.,（美国西北大学）Science844(2005)308该文的严重问题和不足▲仍应用了贵金属（Ru）电极修饰▲阳极修饰过程复杂，不易重复▲燃料气中仅仅5.5%C6H18（异辛烷）

还有9%air+86%CO2，

事实上进入热力学上基本不形成C区域概念上的问题在于：试图直接使用汽油，而不是汽油的洁净取代物SOFC最大优点——燃料适应性强（碳氢燃料）《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》甲醇CHHHOH甲烷CHHHH乙醇CHHOHCHHH动力学分析：甲醇不容易积碳直接液态甲醇燃料陶瓷膜燃料电池

（LM－CMFC)——一项重大研究突破概念创新：燃料电池＝电池＋燃料

SOFC/CMFC在现阶段上应考虑适宜燃料甲醇气体为燃料的阳极室热力学分析结论：在500－900℃有积碳发生《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》不同燃料在650℃下0.5V放电下长期性能液体甲醇燃料电池在0.5V放电曲线进样系统甲醇甲烷乙醇长期性能好，无衰减重要结论：★甲醇以液态直接注入，类似汽车燃油喷加★甲醇为燃料无积碳，性能长期无衰减★同样电池，甲烷、乙醇皆严重积碳，证实了理论预测！

这一研究突破，为直接液体碳氢燃料CMFC汽车奠定了技术基础！《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》M.F.Liu,G.Y.Meng,J.PowerSources,185(2008)188-192甲醇燃料汽车和甲醇经济直接甲醇可以作为CMFC燃料而不积碳，使得“燃料电池汽车”这一人类梦想的实现之路，“柳暗花明又一村!”甲醇作为优异的清洁燃料有数十年历史（M15，M85，M100）甲醇直接用于CMFC，效率比DMFC高，更清洁（尾气易回收）大批量制造，资源丰富，比乙醇优越，无须与人畜争口粮作为汽车燃料可以方便的从ICE汽车向CMFC汽车过渡●甲醇经济已经初具规模，各种应用技术和供应设施已经基本齐全（美国甲醇研究院，AmericanMethanolInstitute，华盛顿）

●

1994年诺贝尔化学奖得主G.A.Olah等2006年编著出版了“BeyondOilandGas:MethanolEconomy”

（跨越油气时代：甲醇经济）《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》甲醇/氨《49》燃料经济与可持续发展气化工艺CO，H2除尘、脱硫O2、H2O合成甲醇（FT过程）合成氨CMFC

电池液体燃料应用（开车、热能）液体燃料应用（开车、热能）用电装置与产业图6：《49能源路线》纵览核电、凤电、太阳能核电、凤电、太阳能●高能效，节约化石能源50％－100％●几无污染，CO2减排容易和循环利用●科学的燃料载体，技术上可行●不依赖汽油，安全、和谐CO2减排化石燃料－煤、天然气、石油、废煤矿、气井生物质资源－秸秆、树木、杂草、垃圾《49能源路线》：（1）甲醇/氨为能量载体（分子量之和为49），发展49燃料经济。（2）CMFC为代表的燃料电池为高效能量转换器（3）发展直接《49》液体燃料电池汽车（4）用CMFC的逆过程，从CO2+H2O制备甲醇和氨，形成资源的科学循环。《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》致谢

本工作得到国家自然科学基金和科技部863项目经费资助，

特此衷心致谢！Thankyouforyourattention!

谢谢诸位的关注！《2009新能源与汽车工业国际高峰论坛》谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH——“ifen”酒新品发布活动策划爱奋斗•爱生活目录010203040506活动概述“ifen”酒新品发布会“爱奋斗•爱生活”品酒晚宴“我爱奋斗”高校乐队演唱会活动执行活动费用活动概述2012年05月20日-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.活动时间湖南锦绣潇湘文化产业园活动地点新品发布会/品酒晚宴/高校乐队演唱会活动构架活动概述活动目的：提升代理商对ifen酒的认识，有效促进合作。通过新闻发布会的召开向外界传达强势品牌的印象和

品牌强势运作的信息。借助新闻发布会的召开传递产品信息和品牌价值，形

成事件传播。活动概述活动意义：新闻发布会的意义在于能够激发和巩固代理商积极销售的信心，

同时可以对于ifen酒品牌的上市做一个正式的通告，

借以带动业界对于ifen酒的认同和认识和关注，是对

于ifen酒的整个传播体系的推动和帮助。以新闻与活动的结合表现形式确立ifen酒目标群体中的显赫地位新品发布会爱奋斗•爱生活

——2012ifen酒新品发布会发布会主题-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.锦绣潇湘“芙蓉国剧场”发布会地点15:30——17:20发布会时间新品发布会特色互动环节：ifen销售达人赛场外场内连线互动：在活动开展前期，在长沙步行街开展小型户外活动——ifen酒销售达人赛，然后将现场火热疯抢的画面剪辑成视频，在发布会上进行播放，让经销商看到ifen酒受广大市民（年轻消费者）的追捧。第一次连线：将现场疯抢的画面拍摄下来，随即采访一下消费者，问其为何要买酒，对酒的印象等。第二次连线：要求摄像拍摄出现场产品售罄的状态。表现形式：安排两百位学生扮演消费者到现场配合工作，现场随即采访消费者的购买心得。微电影VCR展播主持人开场新品发布会发布会流程：

蝶舞九天女子时尚电声组开场来宾签到（微电影VCR热场）第一次场外连线：让经销商看到场外热闹疯抢的状况与ifen酒品牌展示，从而给经销商留下好的印象，让他们看到该产品的市场前景。颜总致辞（宣布政策）第二次连线新品发布会发布会流程：现场调酒演示（品酒师点评）第一次连线第二次场外连线：此次连线需看到产品即将售罄的状态，以求再次打动在坐经销商的心，让产品热销，好销，有市场等一切优秀品质进入经销商的心，从而使经销商从心动变为行动。签约仪式“ifen酒”荣耀现世新品发布会发布会流程：

经销商代表发言此环节后附详细流程

合影自由洽谈签约仪式500万奖金现场助阵，活动至高潮。新品发布会1、“ifen酒”荣耀现世：嘉宾触摸LED点光球，特制酒保箱绽放,同时烟雾升起.冷焰火四射，ifen酒在绽放的仪器中荣耀现世。新品发布会2、“ifen酒”500万重奖销售机制建立：“ifen”酒业老总亲自向经销商代表颁发“ifen酒”500万销售奖励机制承诺书。新品发布会3、“ifen酒”品酒塔：这里我们用传统的香滨灌注香滨塔,改成“ifen”灌注,体现另外一种引用模式，同时，音乐响起，两位模特手捧“ifen”走秀。新品发布会新品发布会会场布置：易拉宝签到台喷绘、海报新品发布会新品发布会网络直播：我们与湖南最权威的媒体网络之一“文明在线”合作，全程紧密跟踪直播新品发布会。新品发布会新品发布会主持人：湖南电视台魏哲浩侯文ifen品酒晚宴爱奋斗•爱生活

——2012ifen品酒晚宴晚宴主题-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.湘府韩城（岳麓区阜埠河路）晚宴地点17:20开始晚宴时间ifen品酒晚宴晚宴酒店简介：长沙湘府韩城湘府韩城韩系餐厅是一家经国家相关部门批准注册的合法企业,湘府韩城韩系餐厅以经营主营餐饮美食服务为主，以合理的价格、优良的服务与众多用户及企业建立了长期的合作关系。湘府韩城韩系餐厅位于岳麓区阜埠河路(近湖南大学天马学生公寓)。大众点评网5星好评！ifen品酒晚宴晚宴酒店布置：开始用餐17:4517：20—17:40ifen品酒晚宴晚宴流程：

领导致祝酒词17:40—17:45来宾就坐ifen高校乐队演唱会我爱奋斗

——2012高校乐队演唱会演唱会主题-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent