2021推薦燃料電池汽車課件(22頁P(yáng)PT)

1、燃料電池汽車第1頁，共22頁?，F(xiàn)代交通工具現(xiàn)代文明的重要組成部分，動(dòng)力主要是來自汽油或柴油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料利用效率低，消耗了很大比例的能源資源，同時(shí)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，特別是城市的環(huán)境污染解決途徑 燃料電池汽車（以燃料電池發(fā)電為動(dòng)力） 燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?從而燃料能轉(zhuǎn)換效率高的多， 對(duì)于PEFC排放物H2O：“零污染” 氫經(jīng)濟(jì)，氫能社會(huì)2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇能源、環(huán)境與資源可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，中國(guó)人均資源占有率相對(duì)很小,問題更為嚴(yán)峻 第2頁，共22頁。PEMFC電動(dòng)汽車前途未卜$PEMFC電動(dòng)汽車六大技術(shù)障礙自美國(guó)能源部啟動(dòng)時(shí)間電池啟動(dòng)快，但燃料處理要510分

2、使用壽命目前運(yùn)轉(zhuǎn)記錄為10002000小時(shí)PEFC系統(tǒng)的成本批量生產(chǎn)仍高達(dá)$300/kW 空氣的供給供:需12:1，特殊空氣壓縮機(jī)H2-燃料供應(yīng)網(wǎng)站密度要超過當(dāng)前汽油供應(yīng)站鉑的成本和供應(yīng)超過全球鉑的供應(yīng)能力2001美國(guó)電動(dòng)汽車資金分配：52%燃料處理30%PEN相關(guān)材料18%其它2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第3頁，共22頁。燃料電池汽車：前景光明還是未來難測(cè)？ PEFC需要貴金屬Pt為電極催化劑，發(fā)展PEFC汽車工業(yè)對(duì)Pt的要求遠(yuǎn)超出全球鉑的供應(yīng)能力， PEFC還需要特殊空氣壓縮機(jī)供給高比例的空氣（供:需12:1），技術(shù)難度高，成本增大。需要純氫燃料，供應(yīng)難度高，其網(wǎng)站密度需超過當(dāng)前汽

3、油供應(yīng)站，投資巨大難以為市場(chǎng)接受氫的制造仍主要基于化石資源， 加之儲(chǔ)運(yùn)、供 應(yīng)等環(huán)節(jié)成本特高，對(duì)環(huán)境具有額外的污染排放壓力，這就抵銷了排放產(chǎn)物僅僅是H2O這一優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的熱機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車超過100年的發(fā)展歷史， 結(jié)構(gòu)相當(dāng)合理、技術(shù)上簡(jiǎn)單可靠，制造成本已經(jīng)很低操作壽命超過10000小時(shí)，行程超過40萬公里。大巴、貨卡車、輪船和機(jī)車甚至 可以超過2.5萬小時(shí)和100萬公里 汽車制造商也在通過不斷技術(shù)創(chuàng)新改進(jìn)使汽車能達(dá)到環(huán)境要求標(biāo)準(zhǔn)。例如，Toyota曾展示四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其尾氣比美國(guó)洛杉基的典型空氣還要清潔5倍 ?；窘Y(jié)論：只有直接液體燃料的燃料電池汽車具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力！技術(shù)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力？2009

4、新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第4頁，共22頁。從燃料井到燃料電池效率比較轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃鈮嚎s氫或液氫氫的運(yùn)輸SOFCMCFCPAFCPEFCAFC石油和天然氣井凈化脫硫精煉運(yùn)輸80%60%40%20%050%效率加上附加損失效率2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第5頁，共22頁。潔凈天然氣電廠系統(tǒng)造價(jià) ($/kW)05001000150020002500300035001 kW1 MW1 GWPEFC MCFC 傳統(tǒng)發(fā)電站 SOFC 2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第6頁，共22頁。 燃料能的轉(zhuǎn)化和利用效率最高， 直接電能 60%, （電 + 熱） 80% 對(duì)燃料的廣泛適應(yīng)性 (H2, CH4

5、, CO, CO+H2, 生物質(zhì)氣) 無須貴金屬電極 (優(yōu)于PEMFC)，可大規(guī)模發(fā)展 模塊式設(shè)計(jì)，放大方便，效率基本不隨規(guī)模、功率而變。 全固態(tài)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作方便（與MCFC等比較） 應(yīng)用多樣、適應(yīng)性廣 大、中、小型固定電站和分散電源、移動(dòng)電源. SOFCs 技術(shù)最有希望成為人類從化石能源向氫能社會(huì)過渡的橋梁！受到世界各國(guó)的普遍重視和大力投資研發(fā)。 固體氧化物燃料電池（SOFC） 21世紀(jì)的綠色能源2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第7頁，共22頁。利用液態(tài)碳?xì)淙剂系母鞣N汽車的估計(jì)效率四沖程內(nèi)燃機(jī)汽車： 19柴油引擎汽車：25 DMFC或PEFC汽車：35SOFC/CMFC汽車：5020

6、09新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第8頁，共22頁。我們的追求：直接液態(tài)燃料的燃料電池汽車PEFC汽車， 直接利用純氫（氣）燃料技術(shù)難度高，制造成本高，對(duì)環(huán)境壓力大。汽車開發(fā)商們更為看好直接甲醇燃料電池（DMFC），因?yàn)榧状际且后w，具有比壓縮氫氣大的多的體積能量密度，其供應(yīng)方式與目前的汽油網(wǎng)點(diǎn)一致，安全清潔。但DMFC也是采用質(zhì)子交換膜電解質(zhì)，低溫操作和必須使用貴金屬鉑。另外，一般汽車制造商們不太了解的是，DMFC的燃料轉(zhuǎn)換效率比PEFC更低，目前的發(fā)展主要是針對(duì)(也比較適合于)小功率體系應(yīng)用。工程技術(shù)界更加推崇固體氧化物燃料電池（SOFC），SOFC不僅 具有最高的能量轉(zhuǎn)換效率，主要的是可以直

7、接使用碳?xì)浠衔锶剂希?也就是說可以直接應(yīng)用液體燃料。鑒于SOFC的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程遠(yuǎn)不如PEFC 人們認(rèn)為SOFC作為汽車動(dòng)力目前是一種邏輯選擇。2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第9頁，共22頁。中國(guó)科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在SOFC方面的研究1998年舉辦第97次香山科學(xué)會(huì)議新型固體燃料電池此后，承擔(dān)5項(xiàng)863計(jì)劃項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)唯一獲得連續(xù)支持的單位；先后承擔(dān)12項(xiàng)國(guó)家自然基金項(xiàng)目（全國(guó)第一）發(fā)表的SOFC相關(guān)SCI論文數(shù)在國(guó)際研究機(jī)構(gòu)中排名前五（國(guó)內(nèi)排名第一）相關(guān)專利發(fā)明 20 2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第10頁，共22頁?；罨瘶O化嚴(yán)重產(chǎn)業(yè)化指標(biāo)：300mW/cm2YSZ基薄膜制備及界面優(yōu)

8、化440mW/cm2通過界面優(yōu)化顯著降低了界面極化電阻，大大提高了電池性能實(shí)現(xiàn)了YSZ基SOFC的中溫化？電解質(zhì)、電極界面：電子傳輸與離子轉(zhuǎn)移氣體通道三相線電極界面活性化、納米化YSZSOFC產(chǎn)業(yè)化首選電解質(zhì)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 固體化學(xué)與無機(jī)膜研究所2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第11頁，共22頁。10mA10mB592307SDC電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)：1.中溫下電導(dǎo)率高2.適合發(fā)展中低溫電池高性能SDC電解質(zhì)的SOFC的研制電解質(zhì)致密，約24um缺點(diǎn)：致密化困難目前沒有大面積制備SDC電解質(zhì)薄膜的技術(shù)報(bào)導(dǎo)漿料涂膜法制備SDC（厚度：20微米）性能達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，低成本的漿料涂膜法將加快SDC基S

9、OFC產(chǎn)業(yè)化870mW/cm2(650)2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第12頁，共22頁。10mBYCZ filmAnode supportCathode20m原位化學(xué)合成混合漿料噴涂灼燒高溫質(zhì)子導(dǎo)體（BaCeO3基材料）薄膜化- 在國(guó)際上率先用低成本技術(shù)制得10微米級(jí)薄膜，獲得中溫高電池性能：580 mW/cm2, 700 C基于質(zhì)子導(dǎo)體的SOFC： 可以顯著提高H2燃料的利用率 比SDC電池的OCV高，具有提高電池功率的潛力 離子傳輸和電池過程機(jī)理基礎(chǔ)研究課本實(shí)驗(yàn)室采用納米粉體的三層共壓法制得薄膜化電池， 性能在國(guó)際上領(lǐng)先本工作的進(jìn)一步創(chuàng)新和進(jìn)展 (1）采用漿料涂覆法：規(guī)?；?，高重現(xiàn)

10、性，低成本（2）原位化學(xué)合成，可以進(jìn)一步提高質(zhì)量降低成本！2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第13頁，共22頁。直接液氨燃料的陶瓷膜燃料電池（CMFC）基本出發(fā)點(diǎn)NH3是良好的H2載體：NH3含75摩爾的氫，作為燃料電池燃料時(shí)其排放物僅僅是H2O和N2。工業(yè)化液氨的能量密度高，是高壓氫氣（250atm）的11倍，而又具有價(jià)廉、儲(chǔ)運(yùn)方便、相對(duì)安全（比汽油還安全）、使用方便等所有液體燃料應(yīng)有的品格結(jié)果：液氨燃料CMFC，中溫（700)高性能 500mW/cm2 (BCGO），936mW/cm2（YSZ），1190 mW/cm2（SDC）圖 液氨燃料氧離子導(dǎo)體陶瓷膜燃電池的性能：650，1190m

11、W/cm2G.Y. Meng, C.R Jiang,et al, J. Power Sources, 173(2007) 189 2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第14頁，共22頁。氨（NH3）：優(yōu)秀的能量（H2）載體和液態(tài)車用燃料體積能量密度大約是汽油的一半, 比液氫的能量密度大50 可以直接用作燃料，或先裂解成氣態(tài)的氫再應(yīng)用在中等壓力(510 atm)和溫度下以液態(tài)存在氨燃燒不產(chǎn)生溫室氣體CO2，也不含CO, SOx, or NOx 是第2號(hào)化學(xué)品，全球1.3億噸年產(chǎn)量。美國(guó)年耗量2000萬噸。 具有廣泛的應(yīng)用經(jīng)歷和市場(chǎng)， 有分布普遍的供應(yīng)設(shè)施 可以從H2O空氣可再生能源制造。良好的自

12、然界循環(huán)王宏模博士，“氨經(jīng)濟(jì)與中國(guó)的長(zhǎng)盛久安” 中國(guó)青年報(bào)， 科技前沿版， 2006年12月12日美國(guó) Ammonia Conference，（2004），其論壇主題分別為： 氨- 對(duì)氫能挑戰(zhàn)的一種解決（2004.10）； 氨- 氫能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵（2005.10）； 氨-美國(guó)能源獨(dú)立的關(guān)鍵（2006.10）； 氨-可持續(xù)的無污染燃料（2007.10）； 氨-美國(guó)能源獨(dú)立的關(guān)鍵（2008.09） 2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第15頁，共22頁。直接碳?xì)淙剂系年枠O積碳問題SOFC/CMFC產(chǎn)業(yè)化和用于汽車的主要障礙利用納米SDCRu對(duì)Ni基陽極加以改性 含C6H18（模擬汽油）的混合氣為燃料

13、 基本上不積碳（50小時(shí)，但仍稍有退化）2006年 中國(guó)兩院院士投票：此為2005年世界上十大國(guó)際科技進(jìn)展的第7條Zhan Z.L., et al., （美國(guó)西北大學(xué)）Science 844 (2005) 308該文的嚴(yán)重問題和不足仍應(yīng)用了貴金屬（Ru）電極修飾陽極修飾過程復(fù)雜，不易重復(fù)燃料氣中僅僅 5.5% C6H18（異辛烷） 還有9%air + 86% CO2， 事實(shí)上進(jìn)入熱力學(xué)上基本不形成C區(qū)域概念上的問題在于：試圖直接使用汽油，而不是汽油的潔凈取代物SOFC最大優(yōu)點(diǎn)燃料適應(yīng)性強(qiáng)（碳?xì)淙剂希?009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第16頁，共22頁。甲醇CHHHOH甲烷CHHHH乙醇CHH

14、OHCHHH動(dòng)力學(xué)分析：甲醇不容易積碳直接液態(tài)甲醇燃料陶瓷膜燃料電池（LMCMFC)一項(xiàng)重大研究突破概念創(chuàng)新：燃料電池 電池 燃料 SOFC/CMFC 在現(xiàn)階段上應(yīng)考慮適宜燃料甲醇?xì)怏w為燃料的陽極室熱力學(xué)分析結(jié)論：在500900 有積碳發(fā)生2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第17頁，共22頁。不同燃料在650下0.5V放電下長(zhǎng)期性能液體甲醇燃料電池在0.5V放電曲線進(jìn)樣系統(tǒng)甲醇甲烷乙醇長(zhǎng)期性能好，無衰減重要結(jié)論：甲醇以液態(tài)直接注入，類似汽車燃油噴加甲醇為燃料無積碳，性能長(zhǎng)期無衰減同樣電池，甲烷、乙醇皆嚴(yán)重積碳， 證實(shí)了理論預(yù)測(cè)！ 這一研究突破，為直接液體碳?xì)淙剂螩MFC汽車奠定了技術(shù)基礎(chǔ)！2

15、009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇M.F. Liu, G.Y. Meng, J. Power Sources, 185(2008)188-192第18頁，共22頁。甲醇燃料汽車和甲醇經(jīng)濟(jì)直接甲醇可以作為CMFC燃料而不積碳，使得“燃料電池汽車”這一人類夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)之路，“柳暗花明又一村!”甲醇作為優(yōu)異的清潔燃料有數(shù)十年歷史（M15，M85，M100）甲醇直接用于CMFC，效率比DMFC高，更清潔（尾氣易回收）大批量制造，資源豐富，比乙醇優(yōu)越，無須與人畜爭(zhēng)口糧作為汽車燃料可以方便的從ICE汽車向CMFC汽車過渡 甲醇經(jīng)濟(jì)已經(jīng)初具規(guī)模，各種應(yīng)用技術(shù)和供應(yīng)設(shè)施已經(jīng)基本齊全 （美國(guó)甲醇研究院，Ameri

16、can Methanol Institute， 華盛頓） 1994年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主G. A. Olah 等 2006年 編著出版了“Beyond Oil and Gas: Methanol Economy” （跨越油氣時(shí)代：甲醇經(jīng)濟(jì)）2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第19頁，共22頁。甲醇/氨49燃料經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展氣 化工藝CO，H2除塵、脫硫O2、H2O合成甲醇（FT過程）合成氨CMFC 電池液體燃料應(yīng)用（開車、熱能）液體燃料應(yīng)用（開車、熱能）用電裝置與產(chǎn)業(yè)圖6：49能源路線縱覽核電、鳳電、太陽能核電、鳳電、太陽能高能效，節(jié)約化石能源50100 幾無污染，CO2減排容易和循環(huán)利用科學(xué)

17、的燃料載體，技術(shù)上可行不依賴汽油，安全、和諧CO2減排化石燃料 煤、天然氣、石油、廢煤礦、氣井生物質(zhì)資源 秸稈、樹木、雜草、垃圾49能源路線：（1）甲醇/氨為能量載體（分子量之和為49），發(fā)展49燃料經(jīng)濟(jì)。（2）CMFC為代表的燃料電池為高效能量轉(zhuǎn)換器（3）發(fā)展直接49液體燃料電池汽車（4）用CMFC的逆過程，從CO2+H2O制備甲醇和氨，形成資源的科學(xué)循環(huán)。2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論壇第20頁，共22頁。致謝本工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部863項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助，特此衷心致謝！Thank you for your attention! 謝謝諸位的關(guān)注！2009新能源與汽車工業(yè)國(guó)際高峰論

18、壇第21頁，共22頁。4. 懦弱的人害怕孤獨(dú)，理智的人懂得享受孤獨(dú)。18. 活在別人的掌聲中，是禁不起考驗(yàn)的人。9. 行動(dòng)不一定帶來快樂，而無行動(dòng)則決無快樂。6. 不管活到什么歲數(shù)，總有太多思索煩惱與迷惘。一個(gè)人如果失去這些，安于現(xiàn)狀，才是真正意義上的青春的完結(jié)。6、只有一條路不能選擇那就是放棄的路;只有一條路不能拒絕那就是成長(zhǎng)的路。8. 溫暖是飄飄灑灑的春雨;溫暖是寫在臉上的笑影;溫暖是義無反顧的響應(yīng);溫暖是一絲不茍的配合。19. 網(wǎng)絡(luò)事業(yè)創(chuàng)造了富裕，又延續(xù)了平等。12. 男子漢應(yīng)該是一種內(nèi)在的品質(zhì)，而不是靠化妝和表演就能顯現(xiàn)出來的!9. 善待自己，不被別人左右，也不去左右別人，自信優(yōu)雅。1