两类燃料电池围绕高效率和低成本展开竞争
燃料电池汽车被业内认为是21世纪最有发展前途的环保汽车,全球40家主要汽车制造商中有25家投入大量人力物力致力于燃料电池汽车的研发;德国海军去年底两艘燃料电池潜艇的服役拉开了燃料电池大规模军用的序幕;而日本除了开发出大量用于笔记本电脑、数码相机和手机的燃料电池外,还将普及家用燃料电池,预测到2020年其家用燃料电池市场规模将达3075亿日元。
固体高分子型燃料电池PEFC具有能量转化率高、低温启动、无电解质泄漏等特点,被公认为最有希望成为理想动力源。但是由于PEFC需采用贵金属Pt作为电极催化剂,不仅提高了成本;而且限制了燃料只能采用纯氢,因为燃料中的微量CO也可导致Pt中毒。对于甲醇、汽油等燃料,必须经过重整纯化,从而增加了系统的复杂性。
固体氧化物燃料电池SOFC是一种全陶瓷结构FC,其能量转化效率最高,操作方便,无腐蚀,与PEFC相比,燃料适用面广,不须用贵金属催化剂,而且不存在DMFC的液体燃料渗透问题。但是SOFC受电解质所限,须高温(1000℃左右)工作,导致启动慢,这是SOFC在汽车上应用的致命弱点。
目前,燃料电池的主流——固体高分子型燃料电池(PEFC)和固体氧化物型燃料电池(SOFC)围绕低成本化展开了竞争。PEFC方面,可削减催化剂中铂的使用量的核壳催化剂开始展现成果。SOFC方面,发现了有望把工作温度降至400℃左右的新材料。
“业内的目标是到2016年使实售价格降至70万日元出头。如果能实现这一目标,不用做宣传也能卖出去”(东京燃气)。日本针对家用燃料电池系统的补助制度到2015年度就要停止,这促使燃料电池的低成本化技术开发加快了速度。家用燃料电池的业界团体提出了把目前为150万~160万日元的家用燃料电池系统实售价格一举降低一半的大胆目标。当然,家用领域的技术也可以用于工业用途。
业界之所以对降低成本如此有信心,是因为燃料电池车将于2015年上市。燃料电池车大多采用在家庭用途占主流的固体高分子型燃料电池(PEFC),预计将产生波及效果。事实上,PEFC的课题之一——铂(Pt)催化剂用量的削减也在快速推进。
在实用化方面领先一步的家用PEFC方面,东京燃气和松下2013年4月推出的产品已是第三代。每一代产品努力削减了成本,第三代产品的标准价格由原来的276.15万日元降到了199.5万日元。
SOFC在家用市场的上市时间比PEFC要晚。2004年开始开发SOFC、2012年推出产品的大阪燃气介绍说,SOFC由于工作温度高达700~750℃,如何确保耐久性是一个课题。2006年前后在确保电池单元单体耐久性方面取得了眉目,但将电池单元连接起来制成电池组时,耐久性就会大幅降低。