行業信息| 淺談氫燃料電池簡史與氫制備
發布日期:2019-11-25    來源:中國高科技行業門戶    

“有人將2018年定義為中國氫能發展的元年,從行業圈內默默發展,到漸漸走近大眾視野,氫能被譽為21世紀最有前景的替代能源,各大企業爭相搶占氫能賽道。氫能迅速的進入大眾視野,不是偶然,而是能源轉型的必然!
氫燃料電池簡史
 
 

縱觀歷史,氫能源技術并非新鮮事物,世界上許多國家都將氫能源作為戰略性能源來發展。

 

 

1776年氫氣首先被英國科學家亨利·卡文迪許(Henry Cavendish)認定為一種獨特的元素,因為鋅金屬與鹽酸反應后產生氫氣。 1838年瑞士化學家 Christian Friedrich Schoenbein發現燃料電池效應,結合氫氣和氧氣產生水和電流,并刊登在當時著名的科學雜志。 1839年英國物理學家威廉?葛洛夫于2月把理論證明刊登于《科學的哲學雜志與期刊》,其后又把燃料電池設計草圖于1842年刊登,他因其成就獲得了“燃料電池之父” 的稱號。 1889年L.Mond 和C.Langer 以鉑為電催化劑,以鉆孔的鉑為電流收集器組裝第一個使用空氣和工業煤氣的燃料電池裝置。 20世紀50年代英國劍橋大學的 Francis T. Bacon 建造了第一個實用的氫-空氣燃料電池 5千瓦(kW)系統為焊接機提供動力。同年,由哈利·伊律格(Harry Ihrig)領導的團隊也制造出15千瓦的燃料電池驅動系統。 20世紀60年代燃料電池首次應用在美國航空航天管理局(NASA)的阿波羅登月飛船上作為輔助電源,為人類登月球做出了積極貢獻,這也標志著燃料電池由實驗室階段開始轉入軍用階段的應用。 1966年通用汽車推出了全球第一款燃料電池汽車Electrovan,該車動力系統由32個串聯薄電極燃料電池模塊組成,持續輸出功率為32千瓦,峰值功率為160千瓦,完美詮釋了燃料電池技術的可行性潛力。之后各大車廠均紛紛展開燃料電池汽車的研究。 2000年之前燃料電池汽車產業發展氫燃料電池汽車概念設計及原理性認證階段,以概念車形式推出氫燃料電池汽車。 2000-2010年是燃料電池汽車示范運行驗證、技術攻關研究階段。 2010-2015年是燃料電池汽車性能提升階段,這一階段燃料電池的汽車功率密度、壽命取得進步,在特定領域商業化取得成功,在物流運輸等領域率先使用,初步實現特定領域用車商業化。 2015年之后燃料電池汽車進入商業化推廣階段,以Mirai和Clarity的上市代表著面向私人乘用車領域開始銷售,正式進入商業化階段。

 

 

我國多種制氫方式
 
 

制備氫氣的幾種主要方式包括化石燃料制氫、化工副產制氫、電解水制氫等: 化石燃料熱化學重整制氫:目前氫氣的主要來源,全世界每年生產出約6000萬噸氫氣,其主要來自于天然氣分離,雖然這種方法成本低、技術較成熟、已形成規模經濟,但其存在不可持續、不環保的缺陷、提純成本較高,廣泛用于我國的化工生產中,但運用于燃料電池提純成本較高 。 化工副產制氫:目前燃料電池氫氣主要來源,主要包括氯堿工業副產氣、煤化工焦爐煤氣、合成氨產生的尾氣、煉油廠副產尾氣中進行提純制氫,成本相對較低且對環境友好,現階段滿足下游燃料電池的生產需求,是目前比較適合的生產方式。 生物制氫:是指生物質(農業和森林殘余物、工業和城市垃圾、有機物廢棄材料等)通過氣化或熱解或生物過程制成氫。理論上可以實現廢物利用,具有清潔、節能和不消耗礦物資源等特點。技術上,生物質制氫分為三類:生物質熱裂解制氫、生物質氣化制氫、生物質超臨界水氣化制氫。


電解水制氫:雖然高效低碳可持續,且技術已成熟,但高成本是目前技術的使用障礙。根據能源方面的統計,預計未來5-10 年電解水制氫有望能夠實現盈利。 我國燃料電池的短期內化工副產氫產能足夠滿足氫燃料汽車需求。根據規劃,2020年,燃料電池汽車達5000臺,2025年5萬臺,2030年百萬臺,根據公開資料,若供給豐田Mirai(每天加2.5公斤氫氣行駛350公里),2020年、2025年、2030年需氫量分別為0.46萬噸、4.6萬噸、92萬噸。氫氣主要來源于氯堿工業副產氫。長期清潔能源轉換來看,來自可再生能源的電解水制氫是最終的可再生方案。 電解水制氫最清潔、最可持續的制氫方式,并將成為燃料電池發展中最具潛力的制氫方法之一。

 

水氫機利用清潔能源轉換制氫

 

水氫產業聯盟在多年來堅持自主研發,實現了小型化移動制氫和發電的目標,為氫能的廣泛應用打開了大門,解決了氫能應用的安全問題、成本問題及加氫基礎設施建設巨額投資問題,開發出甲醇重整制氫與燃料電池發電高度集成的系統裝置“水氫機”,該系統采用催化重整及純化多項技術從甲醇水中獲得高純氫,再通過質子膜系統產生電、熱等多種能源,實現在同一設備中可移動即時制氫和發電,無需存儲氫氣。


 

 

水氫機的原料是甲醇和水,甲醇來源廣泛,來料便宜。甲醇是常溫常壓下含氫量最豐富的液態能源,是氫能轉換的最佳媒介。甲醇是可再生及重復利用的清潔能源,可以通過傳統化石能源獲取,也可通過太陽能、風能等間歇式可再生能源轉換獲得,還可利用農作物秸稈、動物糞便和有機物等生物質能源發酵獲得,是氫能轉換的最佳媒介,可實現國家的中長期儲能。 水氫機可為不同領域提供清潔供能解決方案,為人們帶來安全便捷、經濟環保、可持續的電力。




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