燃料電池工作方式與內(nèi)燃機(jī)相類似,除了燃料電池電堆之外,還包括燃料供應(yīng)子系統(tǒng)、氧化劑供應(yīng)子系統(tǒng)、水熱管理子系統(tǒng)及監(jiān)控子系統(tǒng)等。

車載空壓機(jī)是車用燃料電池重要部件之一,其作用是提供燃料電池發(fā)電所需要的氧化劑(空氣中的氧氣),要求空壓機(jī)能夠提供最高功率所需要的空氣。如果按照空氣化學(xué)計(jì)量比2.0計(jì)算,100kw的燃料電池系統(tǒng)大約需要300Nm3/h 的空氣。

增濕器是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的另一重要部件,這是因?yàn)橘|(zhì)子交換膜傳導(dǎo)質(zhì)子需要有水的環(huán)境,反應(yīng)氣通過增濕器把燃料電池反應(yīng)所需的水帶入燃料電池內(nèi)。

氫氣回流泵的作用是是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)氫氣回路上把未反應(yīng)氫氣從燃料電池出口直接泵回燃料電池入口,與入口反應(yīng)氣匯合后進(jìn)入燃料 電池。

氫瓶在燃料電池汽車上相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的油箱。為了達(dá)到一定的續(xù)駛 里程,目前國內(nèi)外開發(fā)的燃料電池汽車大多采用 70Mpa 高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫 技術(shù),其中高壓氫瓶是關(guān)鍵技術(shù)。

在對(duì)目前氫氣上游產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行分析和研究后,我們認(rèn)為氫氣來源和加氫站的建設(shè)運(yùn)營的商業(yè)化進(jìn)程正在逐步提速、成本經(jīng)濟(jì)性也逐漸合理化,因此, 本篇報(bào)告將聚焦于燃料電池車的購置成本降低路線和燃料電池的耐久性問題(以PEMFCV質(zhì)子交換膜燃料電池汽車為例)。

燃料電池車的購置成本主要取決于燃料電池系統(tǒng)成本,包括燃料電堆成本和系統(tǒng)主要部件成本。燃料電池系統(tǒng)成本約占燃料電池車成本的64%,其中,燃料電堆的成本約占整個(gè)燃料電池系統(tǒng)成本的47%。

美國能源部(DOE)氫和燃料電池項(xiàng)目對(duì)每年氫燃料電池系統(tǒng)的成本進(jìn)行了測(cè)算,以80kw的質(zhì)子交換膜電池為樣本,以大規(guī)模生產(chǎn)(50萬個(gè)/年)為測(cè)算條件。結(jié)果表明,氫燃料電池系統(tǒng)成本已經(jīng)從2006年的124美元/kw 降至2015年的53 美元/kw(下降近 60%)。

DOE 認(rèn)為質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)成本有望于2020年降至40 美元/kw,最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)30美元/kw。

另一方面,燃料電池的耐久性問題涉及面廣,挑戰(zhàn)大,是目前燃料電池汽 車產(chǎn)業(yè)化的棘手問題。

通過研究燃料電池汽車的示范運(yùn)營情況,業(yè)內(nèi)普遍 認(rèn)為燃料電池汽車的關(guān)鍵材料和部件的劣化模式主要有四種:

(1)頻繁的 啟停引起的高電位造成催化劑碳載體的腐蝕;

(2)反復(fù)加減速引起的電位 循環(huán)造成的催化劑鉑顆粒粗大化;

(3)低負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致質(zhì)子交換膜分解;

(4)低溫循環(huán)所伴隨的脹縮造成膜電極機(jī)械損傷。