2019年2月1日我国科学家攻克.氢燃料电池汽车关键技术难题

我国科学家研制新型催化剂攻克氢燃料电池汽车关键技术难题

2019-02-01 07:00:53 来源： 新华网

新华社合肥1月31日电（记者 徐海涛）中国科学技术大学路军岭教授、韦世强教授、杨金龙教授等课题组合作，近期研制出一种新型催化剂，攻克了氢燃料电池汽车推广应用的关键难题，解除氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机，延长电池寿命，拓宽电池使用温度环境，在寒冬也能正常启动。该研究使氢能源汽车有望民用推广，国际学术期刊《自然》1月31日发表了该成果。
氢气被认为是未来最有前途的清洁能源之一。但氢燃料电池的发展面临许多挑战，其中一个关键难题是燃料电池铂电极的一氧化碳“中毒”问题。作为氢燃料电池汽车的“心脏”，燃料电池铂电极容易被一氧化碳杂质气体“毒害”，导致电池性能下降和寿命缩短，严重阻碍氢燃料电池汽车的推广。
近期，中科大研究团队设计出一种原子级分散于铂表面的氢氧化铁新型催化剂，该催化剂能够在零下75摄氏度至零上107摄氏度的温度范围内，100%选择性地高效去除氢燃料中的微量一氧化碳。该新型催化材料可以为氢燃料电池在频繁冷启动和连续运行期间提供全时保护，避免氢燃料电池受一氧化碳“中毒”。
路军岭介绍，他们的最终目标是开发一种廉价的且具有高活性、高选择性的一氧化碳优先氧化催化剂，既可以提供机载燃料电池的全时保护，也可以为工厂高纯氢气制备提供有效手段。
在过去两年中，有几家中国公司购买了国外燃料电池公司的股份，并且成立合资公司获取先进燃料电池技术。最近，2018年11月，中国发动机和汽车零部件制造商潍柴动力 （Weichai Power）收购了加拿大燃料电池先锋巴拉德动力系统 公司（Ballard Power Systems）20%的股份，而且，还收购了英国燃料电池制造商锡里斯电力公司（Ceres Power）20%的股份。

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中国研发新型铂催化剂 延长昂贵燃料电池寿命2019-02-01 07:09:03 来源: 盖世汽车(上海)举报0易信微信QQ空间微博 更多（原标题：中国科技大学研究团队研发新型铂催化剂 延长昂贵燃料电池的使用寿命）

核心提示：位于中国安徽省合肥市的中国科技大学（USTC）的一组研究人员发现，只要添加新型形式的铂，中国的燃料电池汽车发展速度就可赶上日本和韩国等燃料电池领导者。
盖世汽车讯 虽然现在锂离子电池价格在渐渐下降，但是燃料电池的发展仍受到价格高昂，寿命短的铂催化剂的阻碍。但据外媒报道，位于中国安徽省合肥市的中国科技大学（USTC）的一组研究人员发现，只要添加新型形式的铂，中国的燃料电池汽车发展速度就可赶上日本和韩国等燃料电池领导者。现在，中国汽车制造商已经生产了世界上大多数的电池电动车，而政府还希望可以在燃料电池领域占据领先地位。去年，中国北京和当地政府为燃料电池汽车提供了124亿美元（约合831亿元人民币）的补贴。
铂催化剂会驱动质子交换膜汽车燃料电池内的核心反应，从而会产生水。中国科技大学合肥国家物理科学实验室的一名教授表示，他们已经找到一种方法，可以保护铂催化剂免受无处不在的一氧化碳的污染。该方法与铂紧密相关，阻碍催化反应。存在一氧化碳是因为大多数氢燃料是由碳氢燃料产生的，即使经过净化，氢燃料中还是含有高达百万分之0.2的一氧化碳（CO）。随着时间推移，CO会在催化剂上积聚，从而减缓燃料电池的反应，最终会让电池失效。
研究人员通过设计新型催化剂，含有氧化铁的铂粒子，找到了解决方案，可以迅速燃烧掉氢气中的CO。此种催化剂可选择性地将CO转化为无害的CO2，关键是，它还可在广泛的温度范围内工作。测试结果表明，催化剂的CO含量在-75到107摄氏度之间工作时，减少了200倍。研究人员表示，短期内，希望此种催化剂可以延长燃料电池汽车中昂贵的燃料电池堆的使用寿命，未来希望让人们以“所有人都能承受”的更低价格使用低等级的氢燃料。
在过去两年中，有几家中国公司购买了国外燃料电池公司的股份，并且成立合资公司获取先进燃料电池技术。最近，2018年11月，中国发动机和汽车零部件制造商潍柴动力（Weichai Power）收购了加拿大燃料电池先锋巴拉德动力系统公司（Ballard Power Systems）20%的股份，而且，还收购了英国燃料电池制造商锡里斯电力公司（Ceres Power）20%的股份。

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燃料电池：信息化战场“新能源 ”解放军新闻传播中心融媒体 2019-02-01 05:32:20信息化条件下的高技术战争，士兵除携带武器弹药外，还将配备头盔显示器、激光测距仪、卫星定位终端以及高性能作战计算机等，这些设备每时每刻都需要充足的电量供应。美国陆军曾预测，未来单兵装备的平均耗电功率将达到100瓦，传统的干电池、蓄电池等早已“不堪重负”。
日前，在美国能源 部耗资3400万美元资助的科技创新项目中，就包括4个与燃料电池高度相关的项目。连宝马等汽车公司都在跃跃欲试，将在2020年后正式发行搭载燃料电池的汽车。
燃料电池是一种直接把化学能转化为电能的装置，不仅不需要反复充电，还更加清洁高效。事实上，燃料电池正在成为军用电源领域的“明日之星”，将在未来战场发挥重要作用。
随身携带的“发电厂”
打赢未来信息化战争，需要高效可靠的“能量源”。近年来，信息化战场上竞相涌现的先进武器装备，对战场电力供应提出了新的更高要求。以美国为首的西方国家尤其重视燃料电池技术发展，从为单兵装备供电，到电推动军用卡车，更甚至是驱动无人航潜器和无人机，处处可见燃料电池的身影。
说起燃料电池中的“燃料”，当然不同于生活中常见的煤、油、天然气等传统燃料。我们都知道，让强大的电流从水中经过，水便会分解为氢和氧。燃料电池的原理正好与此过程相反，是通过特殊装置使氢和氧作为“燃料”发生反应，最终产生电能。因此，与干电池、蓄电池等储能装置在需要时才把储存的电能释放出来不同，燃料电池更像是一座把化学能直接转化成电能的“发电厂”。这也难怪燃料电池被认为是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。
对于燃料电池而言，只要含有氢原子的物质就可以作为燃料。这就大大增加了“燃料”的来源范围，使燃料电池成为军用电源装备领域的“红人”。燃料电池投入军事应用，还有许多“先天性优势”。燃料电池在使用时能量转换效率高、系统反应快、运行可靠性强、维护方便。与其他电池相比，燃料电池的发电效率可以达到85%-90%。由于燃料电池的内部结构相对简单，工作时噪声很低，散热量和红外辐射较少。
近年来，包括美国国防部、美国陆军研究实验室、美国海军研究实验室等，都高度重视并全程参与了燃料电池的研发过程。从制订研制计划、明确技术指标，到研制后续环节安排部队进行试验，再到相关产品投入战场进行实战检验，燃料电池的研制都离不开美国军方的倾力支持。美国很多燃料电池产品的研发经历十几年时间，也与美国军方坚持将最新技术加以应用的决心不无关联。
“上天下海”无所不能
未来的燃料电池，将越来越轻型便携，并朝着移动式电池供电系统方向加速发展，必将成为信息化战场当之无愧的“能量源”。
燃料电池除可作为海面舰艇的辅助动力源 外，还能为无人潜航器和潜艇提供驱动动力。美国海军已经完成了用作船用电网和推进系统的燃料电池系统研发，目前正逐步尝试将燃料电池用于驱逐舰。早在2005年，德国就试航了第一艘现代化的燃料电池潜艇。2016年获得澳大利亚海军潜艇项目大单的“梭鱼”级潜艇，也装备了由法国研制的燃料电池系统。2017年，美国国防部批准600万美元经费，专门用于研发无人潜航器的静音推进系统，或将采用由美国陆军研究实验室研制的燃料电池供电推进系统。此外，美国海军研究实验室还与通用汽车 公司合作，正在致力于将车用燃料电池移植到下一代无人潜航器中，以大力提升无人潜航器的航程和持久力。
燃料电池也将助力飞行器展翅高飞。现有的无人机电池主要为锂离子电池，供电缺口较大，尤其需要研制供电时间更长、更安全可靠的供电系统。加拿大巴拉德公司为美军战术无人机研制了氢燃料电池，具有适应能力强、安全可靠、重量轻等特点，目前已经在洛克希德·马丁公司的系列产品中得到应用。美国国家航空航天局研制的使用燃料电池推进的太阳能 无人机，一度创造出3.2万米的世界飞行高度纪录。目前，美国国防部正致力于使用燃料电池动力装置的长航时无人机项目，将尽快装备美军各军兵种。
早在20世纪60年代，由于载人航天器对特殊性能电池的迫切需求，美国曾研制出氢燃料电池。此后往返于太空和地球之间的“阿波罗 ”系列飞船，就专门安装这种体积小、容量大的供电系统。此外，美国通用汽车公司也在持续挖掘燃料电池在陆上军事应用中的潜力，已经推出使用氢燃料电池的“通用静音多功能电动平台”计划。该平台理论续航里程超过460千米，越野能力较强，还具备运送集装箱、作战方舱和医疗方舱等能力。
战场应用驶入“快车道”
随着战场军用电源系统要求的不断提升，燃料电池不仅为各类武器装备提供了强劲的供电能力、低热辐射和电磁辐射的使用环境，还具有高效、清洁、经济以及安全等优点，正逐步打开军事领域应用的大门。
现有的单兵可穿戴系统，士兵们背负的作战装备往往令人不堪重负。美国陆军目前正在尝试使用燃料电池取代传统锂离子电池，将减少约50%的负荷。美国陆军通信与电子研发和工程中心，同通用汽车公司合作，已经推出了一款用于单兵可穿戴设备的新型氢燃料电池系统。美军目前装备的军用燃料电池，尺寸与传统的一次性小型电池相同，输出的电流量却提高了1倍。韩国三星公司研发的单兵燃料电池系统，一次产生的电量高达1.8千瓦时，可满足士兵连续执行72小时任务需求。德国SFC公司研制的燃料电池系统，已经交付英国、挪威、比利时和荷兰等多国军队使用。
燃料电池系统的出现，对武器装备性能的提升也大有裨益。美军在燃料电池研发过程中遵循的“先易后难、先小后大”原则，不仅推动了燃料电池从单兵装备和野战携行电源，到无人机、无人潜航器以及作战车辆动力系统的升级，也在逐步积累技术和经验的过程中，为今后装备燃料电池武器装备性能的提升奠定了基础。野战条件下夜间作战时，对武器装备的隐蔽性要求极高，普通车辆发动机产生的热能会直接暴露于红外夜视仪中。对此，美国陆军与通用汽车公司联合研制出使用氢燃料电池驱动的轻型作战卡车，噪声水平明显降低，热能排放也非常少，极大地提高了战场生存能力。由于燃料电池反应后副产物是水，该型作战卡车还能为士兵进行战场供水。
目前，阻碍燃料电池实用化的主要问题，在于燃料电池的环境适用性、使用寿命和经济成本。近年来，尽管燃料电池的使用寿命有所提升，但绝大多数仅维持在2200小时左右，与实用化5000小时的目标寿命还有不小差距。同时，燃料电池的生产和使用成本比较高，人们试图通过使用廉价替代材料、改进制备工艺、加速批量化生产等方式，使燃料电池的军事应用走上“快车道”。