高温质子交换膜燃料电池迎“风口”

 

由于高温质子交换膜燃料电池的“胃口”更好，对氢气的纯度要求不高，既可以使用高压储氢，也可以使用甲醇重整制氢，目前选择该技术路线的企业更多的是采用甲醇重整制氢。这就意味氢气可以随产随用，使氢气的获取更为容易，便于规模化推广。

 

目前在甲醇重整制氢燃料电池领域布局开拓的企业包括：上海博氢、海得利兹、中氢新能、百利坤艾、氢新科技等。随着氢能示范应用不断推进，高温质子交换膜燃料电池显现出更多商机，这些企业反馈市场订单量在增多，有些企业还获得了融资。

 

“今年的业务情况很好，接到了几个大项目，预计今年的营收将在去年的基础上翻几番。”上述一家公司总经理如此表示，他甚至预判高温质子交换膜燃料电池即将迎来发展的“风口”。

 

 

 

 

高温质子交换膜燃料电池（HT-PEM）可在120至200°C的温度下运行，具有简化水热管理系统、催化剂抗毒能力强、燃料选择范围宽等优势，由于对杂质的低敏感性和膜的质子传导性，用于HT-PEM的膜电极组件也可用于氢分离，可以有效地将超纯氢从稀释或不纯的含氢气体中分离出来。

 

因此，HT-PEM允许使用化工复产氢、甲醇、乙醇、天然气、LPG、DME等燃料。由于与其他燃料的重整相比，甲醇的蒸汽重整更简单、更高效，大多数HT-PEM使用甲醇运行。这使得HT-PEM成为绿色甲醇最具潜力的下游应用之一。

 

在绿氢大势所趋下，可再生能源制取的氢气的储存、运输和加注成本过高，成为制约氢能发展的重要原因。然而甲醇在常温常压处于液态，可实现长期安全稳定的储存，是理想的低成本化学储氢载体，这让绿色甲醇成为了破解“能源不可能三角”（即一种能源品类无法同时做到绿色低碳、安全可靠、低成本）的一种可行途径。

 

在能源体系低碳转型的大趋势下，绿氢合成甲醇发展明显加快。今年以来，以国家电投集团、中车风电、吉利集团、金风科技等为代表的企业都在大力推进绿氢制甲醇项目签约、开工和投产。这些项目投资金额动辄上百亿，且生产规模都在十万吨以上，上游制取绿色甲醇项目的火爆，也带动了以甲醇为原料的HT-PEM的火爆。

 

近日，高温质子交换膜燃料电池研发商氢新科技对外宣布再获新一轮千万级天使+轮融资，本轮投资由产业战略方领投，汉能创投和老股东信天创投跟投。本次天使+轮融资是氢新科技继2022年11月拿到种子轮融资、今年2月份拿到天使轮融资后所获得的再一轮千万级融资。

 

此外，在该领域卓有成绩的海得利兹总经理郭志斌向高工氢电透露，由于业务发展的需要，公司将在今年7月份启用新的设备生产工厂，届时产能将有一个较大的提升，可年产100000㎡的高温质子交换膜和12万片高温膜电极。

 

 

 

由于HT-PEM在功率密度上不如氢燃料电池，但在储能密度与经济性方面，甲醇重整制氢燃料电池比纯氢燃料电池更具推广优势。以甲醇水为燃料，通过中高温质子交换膜，降低系统对氢气纯度要求，使甲醇重整产生富氢气体在模块内进行发电。

 

整个反应过程无需压力容器，氢气随产随用不储氢，有噪音低、自动化程度高、小型高效、持续工作能力强等特点，可广泛应用于燃料电池动力系统、移动充电桩系统，军民融合发电站系统等领域，还适用于5G基站、井下作业、抢险救灾、岛上离网供电等因客观气候、地形、时段因素造成用电需求高、针对性强的特殊场景。

 

从市场应用看，HT-PEM有效解决了传统燃油发电噪声大、污染大、成本高、不能持续发电等痛点问题，十分适合分布式发电及供热需求。2022年6月，青岛市发改委将“模块化甲醇制氢加氢技术”、“10MW甲醇重整制氢热电联供系统”纳入青岛市节能低碳重点技术推广目录（第五批）名单。其中，甲醇重整制氢热电联供系统集成了甲醇重整制氢、燃料电池发电、余热回收、电力变换等装置，实现发电的同时对外提供热力输出，综合效率可以达到75%以上。

 

此外，HT-PEM在交通领域也十分被看好，如物流车、大巴车、游览车、游船、无人机等。今年初，中国汽车工程学会和国汽战略院揭晓了CSAE汽车科技预见研究成果——“2023年度中国汽车十大技术趋势”和“未来3——5年中国汽车十大前沿技术”。高温质子交换膜燃料电池列入中国汽车十大前沿技术。

 

日前，工信部下发《道路机动车辆生产企业及产品公告》（第371批）新车公示。在载货车新申报的车型中，远程新申报了甲醇重整制氢载货车及底盘各1辆，整车搭载广东能创生产的甲醇重整制氢发动机，匹配微宏动力锰酸锂蓄电池，额定功率112kW，最高车速89km/h。

 

 

 

 

虽然从长远来看“高温质子交换膜”技术路线推广具备市场前景，但相较于PEMFC而言，目前该路线尚未得到广泛认可，主要源于该技术路线仍然存在一些明显的缺陷需要继续改善。

 

目前以甲醇重整制氢方式为代表的HT-PEM最大缺陷在于功率小、体积大、启动时间更长。为了满足高温甲醇重整器与高温电堆的匹配和工作稳定性，甲醇重整制氢燃料电池的核心部件和控制系统结构要更加紧凑。

 

国内甲醇重整燃料电池产品单机功率主要在5-20kW之间，普遍存在单机功率小、体积大、重量重、环境适应性较差等不足，特别是HT-PEM的启动时间很长。据一位长期从事氢燃料电池汽车开发工作的技术人员介绍，甲醇重整制氢器的工作温度需达到200℃以上，光是借助外部电加热使燃烧室的温度升高至这一标准就需约20分钟，因此启动时间长、响应速度慢，且需要与超级电容或锂电池储能系统并联使用来满足产品对电能的动态需求。

 

此外，虽然与传统燃油汽车相比，甲醇重整氢燃料电池汽车无二氧化硫和碳氧化物排放，但在运行过程中仍存在一定量的二氧化碳排放，没有真正实现“零排放”。而且，目前甲醇重整氢燃料电池不在示范城市群的补贴范围内，这也降低了一部分企业布局的积极性。

 

“虽然高温燃料电池的热度及相关扶持政策并不如低温燃料电池，但作为燃料电池中的一个分支，近年来还是有不少国内外的企业深耕其中，并取得相应的发展突破，这是一个可喜的现象，目前质子交换膜燃料电池与甲醇重整制氢燃料电池可以优势互补，结合应用场景去选择不同的燃料电池产品。依靠着甲醇与氢能的“伴生”关系，高温质子交换膜电池在未来的氢能社会里终将占有一席之地。”郭志斌表示。