高溫質子交換膜燃料電池迎“風口”

 

由于高溫質子交換膜燃料電池的“胃口”更好，對氫氣的純度要求不高，既可以使用高壓儲氫，也可以使用甲醇重整制氫，目前選擇該技術路線的企業更多的是采用甲醇重整制氫。這就意味氫氣可以隨產隨用，使氫氣的獲取更為容易，便于規模化推廣。

 

目前在甲醇重整制氫燃料電池領域布局開拓的企業包括：上海博氫、海得利茲、中氫新能、百利坤艾、氫新科技等。隨著氫能示范應用不斷推進，高溫質子交換膜燃料電池顯現出更多商機，這些企業反饋市場訂單量在增多，有些企業還獲得了融資。

 

“今年的業務情況很好，接到了幾個大項目，預計今年的營收將在去年的基礎上翻幾番。”上述一家公司總經理如此表示，他甚至預判高溫質子交換膜燃料電池即將迎來發展的“風口”。

 

 

 

 

高溫質子交換膜燃料電池（HT-PEM）可在120至200°C的溫度下運行，具有簡化水熱管理系統、催化劑抗毒能力強、燃料選擇范圍寬等優勢，由于對雜質的低敏感性和膜的質子傳導性，用于HT-PEM的膜電極組件也可用于氫分離，可以有效地將超純氫從稀釋或不純的含氫氣體中分離出來。

 

因此，HT-PEM允許使用化工復產氫、甲醇、乙醇、天然氣、LPG、DME等燃料。由于與其他燃料的重整相比，甲醇的蒸汽重整更簡單、更高效，大多數HT-PEM使用甲醇運行。這使得HT-PEM成為綠色甲醇最具潛力的下游應用之一。

 

在綠氫大勢所趨下，可再生能源制取的氫氣的儲存、運輸和加注成本過高，成為制約氫能發展的重要原因。然而甲醇在常溫常壓處于液態，可實現長期安全穩定的儲存，是理想的低成本化學儲氫載體，這讓綠色甲醇成為了破解“能源不可能三角”（即一種能源品類無法同時做到綠色低碳、安全可靠、低成本）的一種可行途徑。

 

在能源體系低碳轉型的大趨勢下，綠氫合成甲醇發展明顯加快。今年以來，以國家電投集團、中車風電、吉利集團、金風科技等為代表的企業都在大力推進綠氫制甲醇項目簽約、開工和投產。這些項目投資金額動輒上百億，且生產規模都在十萬噸以上，上游制取綠色甲醇項目的火爆，也帶動了以甲醇為原料的HT-PEM的火爆。

 

近日，高溫質子交換膜燃料電池研發商氫新科技對外宣布再獲新一輪千萬級天使+輪融資，本輪投資由產業戰略方領投，漢能創投和老股東信天創投跟投。本次天使+輪融資是氫新科技繼2022年11月拿到種子輪融資、今年2月份拿到天使輪融資后所獲得的再一輪千萬級融資。

 

此外，在該領域卓有成績的海得利茲總經理郭志斌向高工氫電透露，由于業務發展的需要，公司將在今年7月份啟用新的設備生產工廠，屆時產能將有一個較大的提升，可年產100000㎡的高溫質子交換膜和12萬片高溫膜電極。

 

 

 

由于HT-PEM在功率密度上不如氫燃料電池，但在儲能密度與經濟性方面，甲醇重整制氫燃料電池比純氫燃料電池更具推廣優勢。以甲醇水為燃料，通過中高溫質子交換膜，降低系統對氫氣純度要求，使甲醇重整產生富氫氣體在模塊內進行發電。

 

整個反應過程無需壓力容器，氫氣隨產隨用不儲氫，有噪音低、自動化程度高、小型高效、持續工作能力強等特點，可廣泛應用于燃料電池動力系統、移動充電樁系統，軍民融合發電站系統等領域，還適用于5G基站、井下作業、搶險救災、島上離網供電等因客觀氣候、地形、時段因素造成用電需求高、針對性強的特殊場景。

 

從市場應用看，HT-PEM有效解決了傳統燃油發電噪聲大、污染大、成本高、不能持續發電等痛點問題，十分適合分布式發電及供熱需求。2022年6月，青島市發改委將“模塊化甲醇制氫加氫技術”、“10MW甲醇重整制氫熱電聯供系統”納入青島市節能低碳重點技術推廣目錄（第五批）名單。其中，甲醇重整制氫熱電聯供系統集成了甲醇重整制氫、燃料電池發電、余熱回收、電力變換等裝置，實現發電的同時對外提供熱力輸出，綜合效率可以達到75%以上。

 

此外，HT-PEM在交通領域也十分被看好，如物流車、大巴車、游覽車、游船、無人機等。今年初，中國汽車工程學會和國汽戰略院揭曉了CSAE汽車科技預見研究成果——“2023年度中國汽車十大技術趨勢”和“未來3——5年中國汽車十大前沿技術”。高溫質子交換膜燃料電池列入中國汽車十大前沿技術。

 

日前，工信部下發《道路機動車輛生產企業及產品公告》（第371批）新車公示。在載貨車新申報的車型中，遠程新申報了甲醇重整制氫載貨車及底盤各1輛，整車搭載廣東能創生產的甲醇重整制氫發動機，匹配微宏動力錳酸鋰蓄電池，額定功率112kW，最高車速89km/h。

 

 

 

 

雖然從長遠來看“高溫質子交換膜”技術路線推廣具備市場前景，但相較于PEMFC而言，目前該路線尚未得到廣泛認可，主要源于該技術路線仍然存在一些明顯的缺陷需要繼續改善。

 

目前以甲醇重整制氫方式為代表的HT-PEM最大缺陷在于功率小、體積大、啟動時間更長。為了滿足高溫甲醇重整器與高溫電堆的匹配和工作穩定性，甲醇重整制氫燃料電池的核心部件和控制系統結構要更加緊湊。

 

國內甲醇重整燃料電池產品單機功率主要在5-20kW之間，普遍存在單機功率小、體積大、重量重、環境適應性較差等不足，特別是HT-PEM的啟動時間很長。據一位長期從事氫燃料電池汽車開發工作的技術人員介紹，甲醇重整制氫器的工作溫度需達到200℃以上，光是借助外部電加熱使燃燒室的溫度升高至這一標準就需約20分鐘，因此啟動時間長、響應速度慢，且需要與超級電容或鋰電池儲能系統并聯使用來滿足產品對電能的動態需求。

 

此外，雖然與傳統燃油汽車相比，甲醇重整氫燃料電池汽車無二氧化硫和碳氧化物排放，但在運行過程中仍存在一定量的二氧化碳排放，沒有真正實現“零排放”。而且，目前甲醇重整氫燃料電池不在示范城市群的補貼范圍內，這也降低了一部分企業布局的積極性。

 

“雖然高溫燃料電池的熱度及相關扶持政策并不如低溫燃料電池，但作為燃料電池中的一個分支，近年來還是有不少國內外的企業深耕其中，并取得相應的發展突破，這是一個可喜的現象，目前質子交換膜燃料電池與甲醇重整制氫燃料電池可以優勢互補，結合應用場景去選擇不同的燃料電池產品。依靠著甲醇與氫能的“伴生”關系，高溫質子交換膜電池在未來的氫能社會里終將占有一席之地。”郭志斌表示。