日本最新氨燃料电池成功实现世界最大功率(1kW)发电

根据日本Mynavi Corporation 7月5日的报道,日本科学技术振兴机构(JST)宣布,京都大学、则武、IHI、日本触媒、丰田自动织机、三井化学、德山(以下统称:研究组)通过共同研究将氨作为直接燃料的燃料电池,成功实现了世界最大规模发电。

此次研发成功的1kW级SOFC电池堆外观(出自:JST官网)

注:SOFC为固体氧化物燃料电池英文缩写

富含氢的氨(NH3)作为候选能源载体备受关注。以氨为燃料发电时,仅排出水和氮,因此,排放的二氧化碳量小于使用碳氢化合物的燃料电池。

研究组本次成功研发的可大规模发电的将氨作为直接燃料的固体氧化物燃料电池的原理是:将作为发电燃料的氨直接供给附接到氧化锆电解质一侧的燃料电极,并将空气供给对侧的空气电极,从而在两电极间产生电力。

至此,已进行了小规模发电试验,而本次技术的特点在于堆叠了30个燃料电池单体,使温度分布最小且氨气可在各单体间均匀流动,因此,将氨直接供给接近实用规模的1kW级SOFC电池堆进行发电。

通过将氨直接供给电池堆进行发电,可获得与纯氢相当的良好发电特性,在1kW规模下燃料电池的直流发电效率高达到50%以上。采用1kW级评估系统成功稳定连续运行1000小时。

以氨为直接燃料的固体氧化物燃料电池原理(出自:JST官网)

另外,该研究组同时开发出了自热反应器和催化剂,将氨气与空气的混合气体供给蜂窝状催化剂以进行部分燃烧。已证明,在出口气体温度达到500℃时可实现130秒的快速启动。即使将由反应器生成的含氢的混合气体供给SOFC电池堆,也可实现1kW级发电。

1kW级 SOFC用自热式反应器(出自:JST官网)

研究组表示,未来氨燃料电池有望不依赖外部加热即可实现快速启动,并有计划生产运行用氨燃料的1kW级紧凑型成套设备。未来氨燃料电池有望作为分布式电源应用于商业发电等领域。

参考日本报道原文:https://news.mynavi.jp/article/20170705-a169/

三浦工业正式启动燃料电池业务

日本最大的专业锅炉生产商三浦工业宣布,将正式启动面向餐厅等商业应用的燃料电池业务。

该公司宣称,将于今年10月推出一款新型燃料电池系统,其为业界首次在发电核心装置中采用了金属部件的产品,其输出功率仅为4.2千瓦,与普通燃料电池相比具有更强的耐用性。该公司表示,通过引入这款能有效利用电力和废热的产品,有望每年节约80万日元“光热费”(※注),目标是5年内实现年销售1000台。

※注:光热费指电费、燃气、热供给等生产生活所需能源的费用。(参考:维基百科JP)

三浦工业将于10月发售的商用燃料电池系统

该商用燃料电池系统是通过从城市燃气中提取的氢与空气中的氧发生化学反应从而产生电力。利用发电时的热量还可供给热水。三浦工业自2017年起开始生产销售面向家庭及餐厅等的小型燃料电池系统,但销售业绩较小且未公布。通过今年10月发售此款新产品正式启动燃料电池业务。

该产品采用的是高发电效率的固体氧化物型燃料电池(SOFC)。在承担发电功能的“电池堆”核心装置中,采用了薄钢板状的金属板。由于“电池堆”需承受最高温度约达1000摄氏度的温度变化,如果是通常使用的陶瓷板,则须每年更换,替换成该金属板后使用10年也无需更换。

在产品研发上,三浦工业与英国燃料电池生产商Ceres Power合作。据三浦工业称,该产品是世界上第一款将金属板用于电池堆主要部件的商业化产品。而根据日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的规划,计划2030年左右实现该技术。现在三浦工业已领先并超前实现了产品商业化。

金属板由普通金属制成,因此可应对因需求增大的量产需求,同时有望削减生产成本。“电池堆”由Ceres Power制造,三浦工业进口后将在其松山市的工厂完成组装。

新产品输出功率为4.2千瓦,利用发电时的废热,每小时可供应80升热水。虽根据使用环境不同略有差异,但据悉引入该设备可节约20%“光热费”。

目前,该产品销售价格预计在1000万日元以上,但日本经济产业省及各地方自治团体建立了补贴制度,据说可在几年内收回设备投资成本。

据三浦工业推算,日本全国的餐厅、养老设施、健身房等约有15万户具有引入该产品的潜力,5年内日本境内市场规模将达到1万台,三浦工业有望实现市场占有率10%的销售目标,即5年内实现年销售1000台。

三浦工业在日本的竞争对手是京瓷。面对竞争环境,三浦工业制定了业务持续性计划(BCP)。除与天然气公司合作外,还将利用主营的锅炉产业营销网开展销售。另外,新产品还将配备自动运转功能,即使在突发灾害等导致停电后也可以继续发电。

参考日本报道原文:

https://www.nikkei.com/article/DGXMZO47636230S9A720C1LA0000/

日本燃料电池载人月球探测车计划2029年登月

根据TechCrunch Japan7月18日的报道,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)与丰田公司签订正式协议,将合作开发一款燃料电池动力的载人加压月球探测车,并计划于2029年登月。

两家公司曾在3月份宣布考虑合作开发月球探测车,而本次签署的协议旨在3年内开发出载人加压月球探测原型车。3个年度计划分别为:

2019年度:确定技术要求,并形成规格说明书。

2020年度:制造探测原型车的各部件及装配。

2021年度:对探测原型车整体及各部件进行正式生产前的测试。

根据3月份的相关新闻稿,该月球探测车可载人、可加压※,利用车载燃料电池及太阳能充电机构可行驶1万公里以上。车辆前部设计有可用于行驶困境的车用绞盘。通常情况下,可搭载2名宇航员,若遇紧急情况时,最多可搭载4人。

小编拙见,这款载人月球探测车的最大特点可以说是舱内加压了,即宇航员在车内无需穿着笨重的宇航服。这要求车舱内充空气并与外界完全封闭。如能得以实现,则属于全世界首创。

该探测车长6米,宽5.2米,高3.8米,其体积相当于两辆微型客车。该探测车搭载有用于充电的可展开式太阳能电池板,还搭载有通信设备等。

JAXA自2007年成功发射绕月卫星“月亮女神(SELENE)”以来一直致力于月球探测。“月亮女神”搭载有探测地下结构的雷达探测器,取得了发现月球地下存在巨大空洞等重要成果。

JAXA已实现通过无人探测器进行探月,在不远的将来通过本次载人加压月球探测车合作项目有望实现载人探月的目标。

参考日本报道原文:https://jp.techcrunch.com/2019/07/18/2019-07-16-japan-aerospace-exploration-agency-and-toyota-sign-3-year-deal-to-develop-a-fuel-cell-moon-rover/

丰田工厂引进美国新型加氢站 挑战二氧化碳零排放

丰田公司在日本爱知县丰田市的元町工厂内引进了可现场制氢、压缩、储存、供氢的小型水解式制氢及填充装置SimpleFuel™,该装置由美国PDC Machines公司、Ivys能源解决方案公司和McPhy北美公司组成的技术创新联盟共同打造。丰田公司引进该设备旨在实现2015年宣布的“丰田环境挑战2050”环境目标之“挑战工厂二氧化碳零排放”。

SimpleFuel™小型加氢站及丰田FC叉车(丰田官网)

SimpleFuel™可实现从制氢到向燃料电池叉车(以下统称为“FC叉车”)加氢的一条龙工序——利用工厂内的太阳能发电,通过电解水进行低碳制氢后进行压缩或蓄压,然后向FC叉车加氢。SimpleFuel™日制氢量最多可达99Nm3/日(约8.8kg/日),可装满7~8台FC叉车。

SimpleFuel™内部构造(丰田公司提供)

丰田公司元町工厂在初次投入FC叉车时就同步配套了加氢站。预计今后氢气需求量将不断增加,通过引进SimpleFuel™小型加氢站,可应对氢气供给方面的需求,并实现元町工厂削减二氧化碳排放量的目标。

丰田公司为了减少工厂的二氧化碳排放量,计划将用FC叉车取代目前使用的发动机式叉车。元町工厂于2017年已投入使用了2台丰田自动织机公司生产的FC叉车,在2018年又加投了20台。今年,在日本环境省颁布的关于控制二氧化碳排放政策的相关补贴政策支持下,丰田元町工厂除引进SimpleFuel™小型加氢站外,再加投了50台FC叉车。

参考日本报道原文:

https://mag.executive.itmedia.co.jp/executive/articles/1907/02/news069.html

中国氢能产业连续发力

2019年6月27日,中国氢能联盟发布了《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》(以下简称为“白皮书”)。《白皮书》认为,中国是全球第一产氢大国,现有工业制氢产能为2500万吨。预计,到2030年中国氢气需求量将达到3500万吨;到2050年氢气需求量将接近6000万吨,相当于减排约7亿吨二氧化碳。其中,交通运输领域用氢2458万吨,相当于减少了约8357吨原油;工业领域用氢3370万吨、建筑及其他领域用氢110万吨。

出自:JETRO依据白皮书制作

6月28日,长三角氢能基础设施产业联盟(以下简称为产业联盟)在上海成立,并发布了《长三角氢能与燃料电池产业创新发展白皮书》(以下简称为“发展白皮书”)。根据《发展白皮书》的内容,长三角地区工业副产氢(注)位居全国首位,氢能相关企业实力雄厚。另外从氢能产业专利申请的地域分布上看,江苏省位居第2名,上海市位居第4名,浙江省位居第5名,安徽省位居第12名,长三角地区的专利数居全国首位。

产业联盟由上海石化、申能集团、新奥燃气、浦江气体、重塑科技、国金证券、上海市发展改革研究院等30余家氢能产业链企业、科研机构及金融机构共同成立。产业联盟将致力于成为长三角氢能基础设施综合解决方案的设计者和实施者,以推动长三角氢能产业“气-车-站-用”一体化发展。

7月5日,丰田汽车(中国)宣布向中国商用车制造商提供燃料电池组件。丰田公司表示,继4月向北汽集团旗下的北汽福田提供燃料电池组件后,将向中国一汽、苏州金龙、上海重塑提供燃料电池组件。希望通过加强与中国车企的合作扩大在内地市场的燃料电池商用车业务,为中国氢能社会的实现贡献力量。

注:工业副产氢是指在炼铁厂或化学工业等中作为副产物而产生的氢气。

参考日本报道原文:https://www.jetro.go.jp/biznews/2019/07/abd66491f00175e7.html

日本特殊陶业与三菱日立电力系统成立合资公司制造销售燃料电池电堆

签约现场

(左)日本特殊陶业株式会社董事长川合 尊氏

(右)三菱日立电力系统株式会社常务执行董事:吉田 泰二氏

近日,日本特殊陶业株式会社(NTK)与三菱日立电力系统株式会社(MHPS)签约成立合资公司,制造及销售固体氧化物型燃料电池(SOFC)(注1)的圆筒形电池堆(注2)。

作为清洁发电装置,燃料电池具有广泛的商业和工业应用前景,并有望成为未来能源及环境问题的解决方案之一。

NTK与MHPS于2014年6月开始合作量产圆筒形电池堆,将MHPS的寿命长且可热利用的圆筒形电池堆设计技术与NTK的陶瓷量产技术相结合,实现了高性能圆筒形电池堆的商业化。

关于成立合资公司的有关事项,两家公司目前正就下列内容进行商讨。

(1)合资公司名称:待定

(2)所在地:爱知县小牧市

(3)社长:待定

(4)业务内容:圆筒横型电池堆的制造与销售

(5)注册资金:3亿日元

(6)出资比率:NTK出资70%、MHPS出资30%

(7)预计启动时间:2019年10月1日

■注1:固体氧化物燃料电池(SOFC)

SOFC是将空气中的氧气(O2)与通过城市煤气等获得的氢气(H2)或一氧化碳(CO)进行发电。电池堆是发电的重要因素,其全部由陶瓷构成。

■注2:圆筒形电池堆

在高强度的陶瓷基体管的外表面上形成多个由燃料极、电解质及空气极层叠而成的发电元件,然后用导电陶瓷互连器将这些元件串联连接(圆筒横纹型电池堆),因此能够以低电流进行高压电输出。

参考日本报道原文:https://motor-fan.jp/tech/10010531

日本产综研与京都大学共同研发出锌空气二次电池新型电解质

2019年7月,日本产业技术综合研究所(产综研)-京都大学能源化学材料开放创新实验室(ChEM-OIL)的陈致尧研究员与窪田啓吾主任研究员等人宣称,其与京都大学能源化学研究生院的松本一彦教授等人合作开发出了一种新型电解质。该电解质能够抑制因充放电引起的劣化、延长锌空气二次电池寿命。

锌空气电池因其重量轻和容量大而作为新一代蓄电池备受关注。另一方面,其也存在一些问题。如,电解质为水溶液,电解质中的水分挥发导致电解液劣化;电解质为碱性,与空气中的二氧化碳发生反应生成氧化锌导致电极性能降低;在负极上生成枝晶。

现有锌空气电池结构及问题 出自:产综研

在京都大学的协助下,产综研致力于研发将锌空气电池转换为二次电池的材料。本次使用的电解质是氯化锌水合物熔融盐,其具有高浓度的氯化锌。该电解质为酸性,不与二氧化碳发生反应;通过将氯化锌的浓度提高到极限值,可以抑制挥发性并同时抑制枝晶的形成。

锌离子中水分子配位的浓度依赖性 出自:产综研

对比研究了使用碱性水溶液作为电解质的常规锌空气二次电池和使用氯化锌水合物熔融盐的锌空气二次电池的充放电效率。结果表明:使用碱性水溶液的锌空气二次电池反复充放电数次后效率急剧下降,第五次充放电效率尚不足首次充放电效率的20%。

与此相对,在使用了氯化锌水合物熔融盐的锌空气二次电池中,即使反复充放电10次后,其充放电效率与首次充放电效率相同,且电压没有降低。解决了将碱性水溶液用作电解质时的问题,并延长了电池的寿命。

使用不同电解质时锌空气二次电池的充放电效率对比图 出自:产综研

参考日本报道原文:https://eetimes.jp/ee/articles/1907/08/news027.html

德国大陆集团将在2030年前停止开发内燃机

全球第二大汽车零部件制造商德国大陆集团于7月3日宣布,将在2030年前停止开发汽油和柴油等内燃机,并将对与该业务相关的2万5千名员工进行转岗。集团预计,到2050年新车将几乎全为电动汽车(EV)或燃料电池车(FCV),因此将进行业务转型。

德国大陆集团CEO艾尔玛•德根哈特博士

在德国汉诺威举行的技术说明会上,集团CEO艾尔玛•德根哈特博士(Dr. Elmar Degenhart)表示:“从现在起到2030年,在避免强制辞退员工的同时将逐步进行转型。”

旗下的动力总成部门将于2020年独立上市,该部门致力于内燃机等动力机构的业务。目前该部门在世界范围内拥有近5万名员工,近一半员工从事内燃机相关工作。据悉,其中的5000至1万人具备的技能和知识对转型后的业务作用甚微,集团将通过内部培训协助这部分员工转至其他岗位。

根据汽车行业的发展趋势,德国大陆集团预测,从现在至2025年,行业将开发最后一代内燃机;2025年至2030年,将生产最后一代内燃机。

大陆集团是与德国博世公司和日本电装公司等齐名的内燃机零部件巨头,但集团正通过加强电动汽车及混合动力汽车的马达及逆变器等系统零部件的生产,以提高动力总成系统业绩。

围绕汽车电动化,英国和法国等政府已提出将从2040年起禁止销售内燃机汽车的规划。欧盟和中国也已出台政策推进汽车电动化进程。

德国大陆集团的主要客户德国大众计划,在2030年将电动汽车的销售提升至新车销售的4成。德国戴姆勒公司计划,2039年后推出的新车型将全部为二氧化碳零排放的电动汽车或燃料电池车。全球其他汽车巨头也均纷纷加速汽车的电动化进程。

参考日本报道原文:https://www.nikkei.com/article/DGXMZO46932310U9A700C1000000/

比利时微电子研究中心 能量密度翻倍的全固态电池

2019年6月18日至19日,在德国柏林举办的欧洲电动汽车电池峰会(2019)上,比利时微电子研究中心(IMEC)宣布已成功将全固态锂金属电池的能量密度提升至以往的2倍,并正在扩大电池的试生产线,为长距离行驶的电动汽车铺路。

IMEC表示,此次开发的电池在0.5C(2小时)的充电速度下已实现400Wh/L的能量密度,预计到2024年,全固态电池将在性能上超过使用液体电解质的锂离子电池,在2~3C(20~30分钟)的充电速度下,能量密度可达1000Wh/L。

虽然现有的可充电锂离子电池技术仍有改进的空间,但还不足以显著提高电动汽车的行驶距离和自主性。因此,IMEC的研究团队一直致力于用固体材料替代液体电解质,以进一步提高电池能量密度,从而实现超过基于液体电解质的电池的能量密度。

IMEC的全固态电池  图片来源:IMEC

IMEC研发的固体纳米复合电解质具有高达10mS/cm的电导率,且还有很大的潜力。该技术的特点在于,将液态的复合电解质注入电极,通过湿法涂覆,在液态的复合电解质进入电极后进行固化。该方法用于将复合电解质注入致密的粉末电极,类似于液体电解质,填充所有空腔以实现最大化接触。IMEC通过将固体纳米复合电解质与常规的磷酸铁锂阴极(LFP)和锂金属阳极组合使用,研发出了一种性能优越的固体电池。与以往技术相比,该固体电池的能量密度和充电速度均创历史新高。

作为新型固态电池技术的前沿研究中心,IMEC致力于提高固态电池的性能。其实验室拥有300平方米的电池组装试生产线,其中包括100平方米的干燥室。而现有的卷对卷湿法涂覆生产线适用于处理IMEC的固体电解质。可以通过略微调整现有的锂离子电池生产线即可完成此款新型电池的装配。简言之,无需额外的高额设备投资即可实现从生产液体电解质电池转换至生产固体电池。

参考日本报道原文:https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1334836#