在開發汽車氫燃料電池方面,歐洲一直落後於亞洲和北美洲。為此,歐洲主要汽車製造商、零部件製造商和研究機構採取多項舉措,幫助歐洲相關產業追趕其他國家,有效地建立自身的知識、技術和競爭能力。
目前,歐洲道路上行駛的絕大多數氫燃料電動車(包括公交車和越來越多的私家車)依賴於日本、加拿大和美國公司的燃料電池組。燃料電池組包含一項關鍵部件——雙極導電板和膜電極組件,這一組件促使氫和氧發生電化學反應,轉化為驅動車的電能。因此,燃料電池組都是氫動力汽車的核心,乃至可持續、高效、無汙染的交通業的核心。
德國一家研究機構ZSW的燃料電池基礎部負責人路德維格·約裡森(Ludwig J?rissen)解釋說:「歐洲工業用燃料電池開發一直缺乏應用於汽車的先進電池組產品和有競爭力的電池組供應商。只有少數歐洲供應商能按要求的規格提供成熟的部件,這導致歐洲汽車製造商多使用國外(尤其是日本和加拿大)的部件」。
近年來燃料電池和氫聯合執行體(FCH JU)資助了一系列項目,這種情況正在逐漸改變。FCH JU是歐洲一家支持在該領域研究和示範活動的公私合營組織。
FCH JU於2009年發起了AUTO-STACK項目,為歐洲燃料電池組行業奠定了基礎。之後,FCH JU通過STACKTEST項目建立了行業的測試規範和標準。目前正在進行的項目是AUTO-STACK Core。這些項目匯集了主要利益相關者(尤其是中小型企業),通過協同的方式推動先進燃料電池組在歐洲的商業化生產。
作為這三個項目的協調員,約裡森指出這些努力推動該行業取得了長足進步,表現為部件性能的顯著改進。這使歐洲供應商燃料電池組的商業化生產滿足了耐用性、效率、功率密度和成本方面的要求。
最新開展的AUTO-STACK Core項目在以往項目的基礎上,建立了一個大幅度提高規模效益和降低個別廠商主要投資成本的平臺。通過共享適用於不同汽車和汽車類別的同一項電池組技術和硬體,該項目解決了燃料電池組製造和商業化過程中面臨的許多關鍵的研究、開發和成本效率方面的挑戰。
AUTO-STACK Core項目涉及3個整車生產企業,3個系統集成商、3個組件製造商和5個研究院所。該項目迄今已開發出能夠產生95千瓦(kW)電量、僅重47千克、體積為35升的燃料電池組,達到市場上具有競爭力的2.8KW/l的功率密度。目前正在進行測試的二代產品重量下降至33.4千克,體積為29.3升,而電池組功率保持不變。
鑑於其較高的功率密度及較低的運行溫度和壓力,這類燃料電池採用高分子電解質膜(PEM)技術和現行應用於氫動力汽車的標準。但這類燃料電池的成本仍是一項挑戰,主要是由於膜中使用鉑金作為電化學反應的催化劑。約裡森指出,這是全球所有製造商全球面臨的一個問題,只有通過發現一種革命性替代品來解決。
約裡森介紹道,「在AUTO-STACK Core項目中,我們進行了大量的成本工程,以確保我們正在開發的組建具有成本競爭力。這在很大程度上可以通過限額成本涉及的方法和建立規模經濟來實現。只要每年有幾萬部車(在汽車行業這一數量相當少)使用我們的方法製造這些部件,這些部件就將具有商業利益」。
該項目的目標是能將電池組定價在每千瓦40歐元以下,而這一價格只能通過分攤開發通用電池組硬體平臺的初始成本來實現。這將使製造商在商業化階段的初期形成規模經濟,在商業化初期單個使用量還較低。
「製造商當然可以獨立開發燃料電池組,但他們將重複開發過程,增加行業的成本,」約裡森提出,「我們所要說的是,更好的作法是先共同開發基礎性平臺,在市場更成熟時再由製造商進行不同的具體設計。」
類似的業界共同合作的需求也體現在STACKTEST項目上。該項目研究和驗證全行業統一的燃料電池組性能、耐用性和安全性的測試程序。該項目對國際標準的制定作出了重要貢獻,特別是對汽車燃料電池測試的國際電化學委員會標準作出了顯著貢獻。
所有這些進步都指向這一行業的日益成熟和汽車領域氫燃料電池的功能完善,但未來在通過研發提升性能和效率方面仍有很大空間。
隨著環保意識的增強和更嚴格排放法規的生效,歐洲道路上行駛的氫動力汽車越來越多。幾年之內,歐洲可能就能將氫氣轉換為清潔、高效電力的車載燃料電池組進行商業化生產。
譯自:2016年9月27日【歐盟】ec.europa.eu
編譯:工業和信息化部國際經濟技術合作中心 黃婧
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