现在给大家介绍一下国际合作。荷兰意识到国际合作对于氢能的发展非常重要,对于全球的氢能价值链的发展至关重要,现在已经有很多企业和研究员积极地参与到几个国际合作项目,主要是在欧洲的国际合作项目,我们也非常期待能够与中国合作,现在已经有一些正在进行的中国合作的项目,同时我们也非常关注中国市场,比如2016年将第一批20GW氢能交付给了中国的消费者和客户,同时我们也正在开发膜电极燃料电池,同时我们也与一些电信运营商进行了密切合作,2019年我们将进一步提高我们的燃料电池的数量,同时推动PEM燃料电池在不同行业的应用,进一步提升产品的质量和效率。在未来的几年里,我们将会进一步推动国际合作,建立一些合资企业,我们第一个合资企业将会在2019年第一季度投入运营,同时我们也在寻找一些新的机遇,进一步推动氢能加氢行业的发展,尤其是在中国的发展,这将是未来我们的主要工作。
现在中国也正在寻求国际合作来加快氢能的发展,毫无疑问中国将会成为一个非常具有影响力的氢能发展的主要国家,并且也会在国外进行一些相关的投入,所以中荷之间在氢能方面的合作可以是产业的,也可以是科研方面的,因为在荷兰,在氢能开发上也有非常高端的尖端技术,可以帮助中国在研发上解决一些难点。另一方面,中国也有非常大规模的产业化设施,可以帮助荷兰更好的携手打造绿色氢能的项目,这是我们未来合作潜力所在。就研发方向来看,就像我之前说过,我们可以有一些重点项目的合作,我们想要更好地发展氢能产业链,国际合作在研发上可以上升到战略层面,并且降低氢能应用的成本,来提高我们技术运用的一些效率,从而优化整个工业流程,包括运用各种各样多样化的材料,我们可以开展一些试点项目,从而在未来提供更加绿色,更加可靠的氢能来源。所以,我们可以携手走向氢能源的未来,我也邀请大家能够进一步聚焦荷兰下一步在氢能行业的发展,看一下未来我们的合作还有哪些可能性。谢谢各位。
辛宁/主持人:谢谢Michiel Sweers先生,他刚才从三个方面介绍了荷兰关于氢能源发展的方向,第一他讲了几个观点,荷兰是非常重视能源转型,氢能作为能源转型非常重要的要素。第二,作为能源战略,不仅仅是汽车,它是非常广泛的。第三个,就是气候问题,这是人类共同面对的巨大问题,二氧化碳的排放,使用氢能能够有效解决这个问题。第四,荷兰是一个天然气的使用大国,占总能源的40%,它有一个数据,2030年要彻底把天然气转化,这也是非常大胆的举措。第二关于氢能的发展提到了几个观点,介绍了荷兰目前作为第二大氢能国,他们的规划也是非常有前瞻性的。同时,对创新开发,关于氢能的运输、加氢站的建设做了一个非常好的描述。第三个强调了国际合作,可能这也给我们在座的中国企业带来了机会,作为荷兰这个国家,应该说未来和中国的氢能合作的企业的发展合作,应该说是有广泛前景,也再一次感谢Michiel Sweers献身精彩演讲。
到目前为止,2019第四届中国国际氢能与燃料电池产业发展大会的开幕环节致辞告一段落,下面是技术交流环节,有请技术环节交流主持人,德威集团徐先生上台。
主持人:现在有请江苏德威新材料股份有限公司白玉佳博士上台演讲。
白玉佳:各位下午好,刚刚毛教授和Michiel Sweers讲了很多氢能产业相关的发展,也是非常振奋人心。
首先我简单说一下环保的问题,因为环保是大家一直讨论的问题,讨论这么多年,为什么一定要到每次危机发生以后,大家才真正意识到我们该做一些什么,这是1952年美国发生酸雨的事故,四周内一千人死亡,我们不能烧煤了。然后是大众的一个事故,我的问题是什么时候我们可以把碳氧化合物在我们的大气中消除掉。这是我们公司的图,从单轨,到大型重型卡车,到中卡,中巴车,蓝色的峰值已经超过了150到200的范围,燃料电池未来的发展方向,如果真的做到0排放,我们一定要做大功率的燃料电池的应用。红色是使用的平均功率,在75千瓦以上,80千瓦左右,现在很多燃料电池项目还没有到达这个功率的范围。
我今天通过四个方面简单讨论一下德威如何实现长寿命,并且是大功率的燃料电池的项目,如何解决燃料电池和水管理的一系列问题,首先回顾一下燃料电池的结构。从燃料电池结构逐渐引申到燃料电池反应的基理,进一步探讨如何从膜电极和双极板的角度解决燃料电池中水管理的问题。
众所周知燃料电池是一个氢氧生成水的过程,燃料电池的结构,燃料电池是多层的结构,我们将看到燃料电池的每一层还会分很多层的结构。燃料电池里最重要的电堆相当于燃料电池的心脏,由双极板和膜电极构成的,氢气和氧气结合生成水,如何解决水的分布,是燃料电池达到安全稳定运行的关键点。这是一个膜电极,这是燃料电池中的膜电极,也是一个多孔结构,里面可能有的地方有水,有的地方没有水,没有水的情况下,即使在正常的操作,80度的时候也会出现烧穿膜电极的现象,就是因为缺水,缺水造成电阻增大,把膜电极击穿,这是一个美国的实验室,结果还是非常可怕的,如果燃料电池缺水的话,对于燃料电池发动机来说是一个不可逆转的灾难后果。我们再看看多水的情况,这是多水的情况,黑色是在里面的积存的水,这个曲线怎么理解,一到四是没有水到重度水淹的过程,从30千瓦到15千瓦,这也是一个非常可怕的后果。
这是燃料电池的图像,我们要分几方面解读燃料电池水管理的问题。首先,燃料电池最重要两个部件,一个膜电极,一个双极板,双极板是一个宏观的方法论,膜电极就是从微观角度解决燃料电池的基理。我现在把绿色的膜电极单独拿出来,在膜电极里又分了很多层,催化剂,膜的层,燃料电池的电堆是发动机的心脏,膜电极就是电堆的心脏,它是所有电化学反应的位置,也是一个燃料电池里最薄最贵的部件,也就是说膜电极是一个非常脆弱的部件,一定要避免任何对于膜电极的损害。市面上有很多做膜电极的厂商,我拿Nafion作为例子,这个膜电极在小规模生产情况下占到了70%,目前中国的情况,膜电极的性能与可靠性,与世界大型企业对比还有一定差距,因为膜电极考虑性能和寿命的平衡,很多厂商可以做到很好的性能,但是如何实现膜电极的寿命,这是一个难题。这一页用图像形式简述一下燃料电池的内在反应激励,右边这部分是膜的图,左右是质子交换膜+催化剂的图,膜的内部也是一层层的结构,如果一个氢,一个质子在没有水的情况下无法通过质子交换膜,同样在催化剂层里,催化剂也是孔倒型的结构,最理想的是这种状况,在催化剂的表面会有润湿,但是不能成为最下面的情况,就是催化剂内部全部积水,如果积水的话氢气无法进入催化剂的内部通道,会造成东阳的性能损失,有可能从30千瓦变成15千瓦。还有一种情况就是低温,上面是质子交换膜,下面是催化剂,在低温情况下,如果水大量存在就会结冰,结冰之后可以看到右边的两个图,是结冰前后的对比,水的膨胀对膜电极造成不可逆的损伤,这比刚刚的损伤要更严重。
如何解决这些问题呢,现在普遍大家采用的方法,因为进来的空气和氢气是干燥的,我们采用加湿器,在入口处或者通过水循环的方案增湿,如何解决水淹或者水过多的情况,大家可以采用空压机或其他方式进行吹扫,今天介绍德威一个特殊的多孔板技术,这是普通吹扫加湿的图,在流道里是困住的,在加湿的时候要往流道里吹气,排湿的也是需要吹气,一个吹湿气,一个吹干气。我们的多孔板技术,我们的双极板里可以使水自由通过,也就是说在每一个小的空间里,积聚的水可以穿过多孔板,水的流道可以通过这种方式把水排掉,同时因为多孔板里面聚集了大量的水,同时也起到了增湿的作用,使整个单电池的水管理,通过材料方法全部解决掉,也就是说整个燃料电池里的水是平衡的状态。多孔板技术最早来源于UTCPOWER,2013年UTC下面分出来USFuelcall,这个绿色大巴车实现了单堆25000小时,我们在2007年德威实现了50%(英文)的控股。我们在2017年拿到中国国家强检的公告目录,这是2018年的数据,也是美国能源部公布的,蓝色都是大巴车使用的小时,平均大巴车运营的小时数已经超过了23000小时,最高达到29000小时。因为多孔板技术的使用,使燃料电池少了很多部件,也就是增湿和吹扫的相关的部件,我们可以通过其他比较简便方案替换现有成本比较高的解决方案。
这是我们未来要做的事情,我希望同行企业都能共同携手做的事情,首先是刚刚提到了燃料电池是膜电极和双极板两项相结合的研发工作,我们不能光只限于双极板的流道的设计,我们要从膜电极的角度,从机理的方面多多讨论如何解决燃料电池水管理的问题。第二燃料电池是比较庞大的类似一个化工厂的体系,所以说如果技术路线选的有问题,那会耽误很多时间和成本,所以我们要多多加强模拟计算这方面的工作,第三是加强燃料电池实验室建设,包括膜电极实验室相关设备的布局,最后膜电极这块成本也是相当高,刚才提到占到70%左右,大规模的生产膜电极也会占到50%左右,如何加强膜电极的研发,降低成本,也是我们工作的重点。说到实验设备,我们有很多设备,有模拟相关,还有物理角度在线观察的设备,我们要加强相关的实验室的建设。
最后是一个总结,我想说,合理的水管理是解决大功率燃料电池的长寿命的关键。第二点,我们德威采用的多孔板技术是通过材料角度完美解决了水管理如何在燃料电池电堆里平衡的状况。第三点,正是应用了多孔板技术,使德威的燃料电池的系统是高度集成的系统,成本也大大优化。第四点,未来燃料电池测试还需要更合适的测试手段和装备。第五,希望各个企业结合膜电极和双极板的研发,才能更好找到燃料电池未来的出路,我就演讲这些,谢谢大家。
主持人:谢谢白博士的演讲,技术的支撑是对整个发动机材料是重新的认识。接下来德威的杜总,对德威的氢能发展之路进行精彩演讲,有请杜总。