技术成果-国鸿氢能9SSL系列燃料电池电堆

一、成果简介

在氢燃料电池系统中,电堆是系统的核心发电单元,它的性能和寿命是系统对外稳定输出的决定因素。由于工艺复杂、技术要求高等特点,目前国内具备电堆批量化生产技术的厂家屈指可数。

图1. 9SSL系列燃料电池电堆及性能数据

国鸿氢能通过与国际知名燃料电池生产商加拿大巴拉德动力系统公司合作,引进了9SSL系列燃料电池电堆技术;并设计制造了世界上最具规模的商用燃料电池电堆生产线;该生产线于2017年6月建设完成,并正式投产;年产电堆可达20000台。

该生产线上生产的9SSL系列燃料电池电堆专门为交通领域设计的液冷式电堆产品,也是目前世界上最为成熟的电堆产品;采用模压柔性石墨板工艺制造,具有良好的单电池均一性,运行寿命超过12000小时;可根据需求功率配置,从3.8kW到26kW。该款电堆是国鸿氢能的核心产品。

目前,国鸿氢能在该成果上申请专利41项,授权9项。

二、成果创新点及解决的难点问题

国鸿氢能研发生产的9SSL燃料电池电堆主要是作为电动汽车的发电装置,能够取代内燃机和动力电池。从电池反应式以及原理示意图可以看出,燃料电池发电是电化学反应过程,反应过程不需要经过卡诺循环,发电效率超过60%,远高于内燃机的热效率,节能效果十分明显。

燃料电池发电不需要用石油或煤炭这些含碳的燃料,只需要用氢气,排放产物只有水,没有任何污染物排放,因此能够有限减少碳排放以及相关的氮氧化物。同时燃料电池能够有效克服动力电池需要充电从而续航里程不足的弊端,只要有氢气的供应,燃料电池能够持续放电。燃料电池的能量密度也远高于锂离子动力电池,且燃料电池的零部件90%可以回收利用。

9SSL燃料电池电堆属于质子交换膜燃料电池电堆,电堆由膜电极组件(MEA)和双极板经过堆叠组装而成,根据功率要求的不同组装的膜电极和双极板片数不同。MEA是燃料电池的单体电池,由阴极扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层、阳极扩散层按顺序经过压合组成的三合一组件。当确定了电堆的功率后,将需要的MEA和双极板进行堆叠组装,用压力捆绑带进行捆绑固定。燃料电池电堆结构图如图2所示,国鸿氢能电堆实物图如图3所示。

图2. 燃料电池结构图

图3. 9SSL燃料电池电堆

9SSL型燃料电池电堆是目前世界最为成熟的燃料电池电堆;运行寿命超过12000小时。

三、国际水平对比分析

国鸿氢能生产的国产化9SSL燃料电池电堆,采用模压石墨板双极板,体积比功率为1.4kW/L,电堆寿命超过12000万小时。技术指标国内领先,与国际领先水平相比,电堆寿命领先国外,但是体积比功率与国外电堆相比还有差距。

四、成果应用情况

公司生产的燃料电池已应用于公交车并投入到云浮的示范线运行,示范线有12辆燃料电池公交车进行载人示范运行(如图4所示),是目前国内唯一商业化示范运行的燃料电池大巴。

电堆设计寿命在12000小时,在示范运行的燃料电池大巴行驶里程均超过4万公里。国鸿氢能生产的燃料电池电堆对环境的抗干扰能力较强,目前未有因为环境空气杂质成分、湿度和温度等因素造成电池性能降低。其次,国鸿氢能生产的燃料电池电堆已应用于7.5吨物流车(如图5所示),并已销售出500余台。

此外,国鸿氢能燃料电池也可应用于船舶和有轨电车(如图6所示)。

图4、云浮市示范线路氢能大巴

图5、7.5吨物流车

图6、燃料电池动力船舶与有轨机车

五、成果的产能建设情况

目前,国鸿氢能建设有燃料电池自动化生产线,可以批量生产国产化9SSL燃料电池电堆,年产9SSL燃料电池电堆2万套。

六、社会及经济效益分析

按照公司设计的燃料电池产能预计,公司每年创造产值超过15亿元,带动相关产业产值超过50亿元,带动就业人数超过1000人。此外,根据产能计算得出的燃料电池汽车每年运行可减少碳排放量约为5.9×105吨,节能减排效果突出。

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