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(guò)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(guó)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(lái)源和加氫站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)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(gòu)置成本降低路線和燃料電池的耐久性問(wèn)題(以PEMFCV質(zhì)子交換膜燃料電池汽車為例)。

燃料電池車的購(gòu)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(guó)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(wàn)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(wèn)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(wèn)題。

通過(guò)研究燃料電池汽車的示范運(yùn)營(yíng)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。