鉅大LARGE | 點擊量：566次 | 2022年09月28日
燃料動力電池作為汽車動力有什么特點
鋰電世界訊，1月11-13日，中國電動汽車百人會論壇（2019）在北京國賓館召開，加拿大大學李獻國教授發(fā)表了主題演講，演講內容如下：
加拿大大學李獻國教授發(fā)表主題演講
加拿大大學李獻國教授發(fā)表主題演講
各位嘉賓，尊敬的歐陽院士，尊敬的衣院士，大家早上好！很高興有機會第一次參加中國電動汽車百人會的會議，謝謝歐陽院士的邀請，謝謝衣院士的提攜，我們在這個領域做了一些工作，本來想向大家匯報一下，后來發(fā)現(xiàn)大家技術專業(yè)講了很多，想輕松一下，我剛才想加幾張圖片，不過沒有時間沒有加進去，所以我們輕松環(huán)節(jié)就沒有了。
燃料電池作為一種技術，剛剛王海江院士介紹了它的來龍去脈，歷時很多，我中間可能會加入一點。我們主要是講汽車動力，汽車動力其實有好多種，汽車動力以外我們燃料電池汽車在這里邊有什么特點、有什么技術上的問題，燃料電池作為汽車動力是怎么一回事，最后向大家匯報一下我們20多年在燃料電池方面做的一些工作。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
汽車動力其實大家知道，內燃機現(xiàn)在是主力，電動車、動力電池汽車，中國很有意思叫新能源汽車，一會兒我會講，其實并不講，另外是燃料電池，還有一些別的汽車動力大家在介紹，最后大家探討一下一些別的做法。
第一輛電動車是1834年開始做成的，看著比較簡單，可是燃燒發(fā)動機至少要50多年以后，半個世紀以后才被發(fā)明，也就是說電動車打遍辯天下無敵手有半個多世紀?？墒峭白叩臅r候，走到大概1900年，其實到1930年，在美國大街上跑的電動車比內燃機的車還要多，可能慢慢被取代了。當時電池主要是鎳鐵電池，那個電池當時就有三大技術問題，續(xù)駛里程不夠、充電時間太長、溫度對它影響太大，冬天開車的時候沒有動力，也就是我們現(xiàn)在新能源汽車所碰到的問題。如果再往前走，電動汽車第二次高潮是70年代，由于中東以色列和阿拉伯國家的戰(zhàn)爭，美國西方站在以色列一邊，所以世界石油輸出國包括中東國家說我不賣油了，結果西方世界沒有石油儲備，汽車走不動了。怎么辦呢？我們能不能開發(fā)一種技術不需要油的，技術很成功，就是鉛酸電池，大家知道鉛酸電池的性能不夠。后來戰(zhàn)爭結束，油又便宜了，電動車又不做了。
這次是由于環(huán)境問題，說是環(huán)境問題，其實還是經(jīng)濟問題，因為2008年奧巴馬第一任政府剛上臺的時候，美國汽車工業(yè)出現(xiàn)危機。美國通用破產了，福特只有一個月的現(xiàn)金流，馬上要破產了，美國汽車工業(yè)沒有了，政府不可能不救汽車工業(yè)，因為汽車工業(yè)太龐大了，對國計民生影響很大，所以政府要投錢。政府不能隨便投，得有理由，美國投錢，美國能源部，當時能源部是諾貝爾獎獲得者，他自己做鋰電池的，他把錢都投到做鋰電池了。當時說的很明確，如果基督要教皇封你為一個圣人，你必須有五大優(yōu)點，他說鋰電池具有三大優(yōu)點，我就達到了，比那個還容易，所以把錢都投進去了。美國是超級大國，他一做，日本、歐洲、中國全世界都跟著做電動汽車，所以電動汽車火的不得了，中國要彎道超車，現(xiàn)在全世界新能源汽車銷售與保有量中國是占了世界的絕大部分。
經(jīng)過我們電池技術發(fā)展，變成鋰電池，它存在的問題一樣，續(xù)駛里程不夠、充電時間太長、環(huán)境溫度影響太大。其實還有一個，我們鋰電池能量密度提高了，能量密度一高了，就是安全問題。因為電池把能量轉換裝置和反應物都裝在一起，汽車開不開，它的電化學反應一直在進行，安全問題大家都有看到。不管是國內國外，北京的使館區(qū)三里屯那邊都發(fā)生過，車停在路邊，突然一下燒光了，安全問題有很多原因，其中有一個原因就是熱管理的問題。
內燃機車也經(jīng)歷過這么三個過程，1880年代發(fā)明的時候很有意思，跟我們中國有關。他發(fā)明了四沖程發(fā)動機，他干什么？他沒有工程背景，他是賣中國茶來養(yǎng)活家庭，有時間就去玩四沖程發(fā)動機，當時大家都不看好，當他發(fā)明出來申請專利了，所有公司都不買專利，他花八年時間打贏回來，花了20年，那時候沒有精力了，我們搞技術的很辛苦，靠技術想要掙錢可能更難，當然也有機遇的問題。
造成的結果，大家有各種各樣的觀點。能源技術你的能量轉換不可能100%，一定有能量損失，能量損失到環(huán)境去，對環(huán)境就是一個損害。如果超過環(huán)境承載能力，就造成永久損害，所以能源技術有好必有壞。從一個角度看它的優(yōu)點，從另外一個角度看，它就是缺點，看你從哪個角度看，能源技術大家永遠可以爭論。
剛才說到汽車技術，我講兩個例子，其中一個是從日本出來的，那個車，大家都有經(jīng)驗，開車的時候你把車窗打開，手伸出去，有風。我們有風力發(fā)電，日本這個發(fā)明家很牛，在車頂上裝一個風機，發(fā)的電來開車不很好嘛。大家嚇一跳，可是有錢的人并不一定懂技術，照樣有人往里投錢，做了上千臺車。在咱們國家改革開放初期有，用水變油，用水來開車。我們不講中國，講世界科技發(fā)達的國家，美國1992年的時候，這個哥們也是一個科學家，他能把水變成油，很有科學家的味道，開始發(fā)電廠都不開始燒煤，也不開始燒天然氣，用水來做燃料。這是美國的商業(yè)周刊比較嚴肅的報道他的創(chuàng)造發(fā)明，結果花了幾千萬美金，八年以后，終于意識到這是一個不行的技術。
水變油到此結束嗎？沒有，到08年到了日本，當時剛好是在西方工業(yè)國首腦會議前一個星期，全世界媒體都在日本的時候，日本一個公司搞了一個記者招待會，他有一輛車是用水就能開車，他的董事長很得意，他喝的茶倒在他的車油箱里面，車開走了。水進來，氧出來，那邊氧進來，水出去，如果把氧一連起來，循環(huán)了，水進來水出去，變成電就能開車了，多么神奇的技術，但是你知道不太可能。汽車發(fā)明創(chuàng)造技術很多，不限于國內，也不限于國外，也不限于科技發(fā)達，也不限于科技不發(fā)達，在于你能不能講，能講到有錢人給你錢，你就是好技術。幾年以后，那是另外一回事了。第一、第二永動機永遠做不成的，如果我們大家有點技術背景的，就不會花那個時間，因為你拿了錢也永遠，永遠掙不到錢，只能騙點錢。
燃料電池汽車面臨的問題，大家都知道，氫作為燃料的話，它從哪里來？怎么生產？氫在宇宙當中，豐富的元素，化合物最多是水，全世界70%的表面都被海洋覆蓋。水大家知道碳氫化合物燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳與水的能量是最低的，你要把水分解變成氫與氧，你要花更多的能量進去才能把它們分解。能源的效率和你的經(jīng)濟性怎么來考慮？這是一個問題。
氫作為一種物質，世界上絕大部分的國家包括咱們國家也是做危險化學品的管理，安全要求很高，不光是加氫站，汽車停車場，要求很高，成本很高。另外一個，它作為一種危險化學品，所以它的稅收跟燃料稅不一樣，造成政府的政策必須要培育它，光是技術發(fā)展沒有用。另外，剛才也有講到，在美國克林頓當總統(tǒng)的時候，八年把所有可能用的技術給錢給你做，八年任期結束的時候，再回去一看，發(fā)現(xiàn)唯一的技術在汽車上，有可能成為一個內燃機替代的技術，就只有燃料電池，其他的全都不行。當時做的其中一個方向，在汽車上用液態(tài)的燃料，變成氫氣，生成一氧化碳還有其他的一些醇的物質，對燃料電池有毒化作用，這個問題一直很難解決。后來就想用氫氣，其實不一定用氫氣，我們用任何東西，只要里面的能量比二氧化碳、水高的，你就可以直接電化學生成電，驅動汽車。大家有興趣可以查一查，60年的時候美國通用汽車做過，直接汽油燃料電池，把汽油直接電化學生成電，技術做出來了，很成功。很可惜，汽油分子太大了，電化學反應太慢了，性能特別差，是不可能的。為什么用氫氣？因為氫氣分子最小，電化學活性最高，所以我們現(xiàn)在的燃料電池要做使用，都去找氫氣，而不找別的。有很多別的，包括甲醇、乙醇。
燃料電池作為汽車動力，這些問題可能我們大家都知道，不講了。性能、壽命、成本的問題，這三個是相互關聯(lián)的，這三個你讓我達到兩個目標，可以做到，三個同時達到，現(xiàn)在還沒有人做到，因為它是相互關聯(lián)的。我用一個最好的材料，性能又好，成本又低，壽命又長，問題解決了。其實1838年、1939年，威廉.格羅夫連續(xù)發(fā)表兩篇文章，他被認為是燃料電池的發(fā)明者，他在那時候就意識到，他說我們用白晶成本太高，一定要用非白晶的催化劑。180年了，全世界多少電化學科學家、材料科學家，到目前為止還沒找到。
我們也要做產業(yè)化，怎么辦呢？我們材料、設計、制造，我們現(xiàn)在講的要做產品，必須制造出來，可是制造工程目前還沒有，比如催化劑要降低，降到0.1，制造工藝過程完全不一樣，設計可能差不多，但是制造工藝完全變化了。我們學校在這些工程當中都有做，我們從系統(tǒng)開始，系統(tǒng)做到電端，發(fā)現(xiàn)要做流道，流道做完以后，發(fā)現(xiàn)主要的是膜電極，膜電極的關鍵是開發(fā)層，電池流動、氧氣流動都是不均勻的，因為有流道的問題，流道本身沒有好壞。剛才王院士講到關于氣體擴散層的厚度問題，其實沒有一個最佳的厚度，只要跟電堆匹配，沒有最好，只有更好，如何有壞的問題。
催化劑是一個主要的問題，從材料開始到最后的性能指標，中間這個制造過程，制造出來什么結構，這個結構能保證你的性能，怎么來達到，這就是一個關鍵的問題。如果你把這些東西都摸透了，不管用什么方法做，做出來的燃料電池性能都差不多。再往前走一步，燃料電池我可以大幅度降低，降低70%多，我的性能跟你那個高鉑的還是一樣，我用的是大的燃料電池，不是小的。我能做到最大電流3安培，還沒到最大值，也許到1.5就已經(jīng)很高了，現(xiàn)在超過3了不行，現(xiàn)在必須要建新的實驗場地做下去?！笆濉钡闹笜宋覀兺耆梢赃_到，沒問題，我們根據(jù)需求去做壽命實驗，做到三萬多個循環(huán)才開始性能往下降，這都是可能的。我們可以設計膜電極，讓它在流體流動不敏感，對濕度不敏感，濕度40%的時候，我最大輸出功率密度還在0.8每平方厘米，比人家100%的性能還要好，我就可以做。我們學校做很多的模擬比較，燃料電池用的時候，在汽車上開開停停，就有不同的循環(huán)。我們做兩千個循環(huán)，我們的模擬可以跟它很好的結合。有很多工作都可以做，因為時間關系，我走得比較快。
