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日本燃料电池车开发竞争进入白热化阶段

信息来源:foioo.com  时间:2013-12-17  浏览次数:109

       在日本,通过实现电气类部件通用化,已有望将燃料电池车的价格降至1000万日元以下。为了进一步削减成本,在继续进行相关技术开发。距2015年上市销售燃料电池汽车只剩下2年时间,汽车厂商的燃料电池车(FCV)开发竞争已进入白热化阶段。

  在2013年11月举办的东京车展2013上,丰田汽车公司公开了试制车丰田FCV概念车。该车填充一次氢燃料可续航500公里以上。生成驱动电力的燃料电池的性能提高到原有产品的2倍,还成功实现了小型化。燃料电池可配备在座席下方,在车高往往偏高的燃料电池车领域实现了轿车款设计。

  另一方面,大发工业公司展出了没有使用铂等贵金属的轻型燃料电池车整车大发FC商Case.

  本田技研工业公司在同时期于美国举办的洛杉矶车展上,公开了新试制车本田FCEV概念。本田称,该车提高了燃料电池的性能和续航距离。

  在洛杉矶车展上,韩国现代汽车公司宣布,从2014年春季开始,在美国洛杉矶开展燃料电池车的租售业务。计划以月租金499美元的价格,把以SUV(多功能车)途胜(Tucson )为原型的燃料电池车主要租赁给行政机关。

  丰田、本田及现代汽车计划于2015年开始上市销售燃料电池车。日产汽车也通过与德国戴姆勒公司及美国福特汽车公司等合作,力争在2017年开始销售。本田力争通过与美国通用汽车进行共同开发,到2020年进一步降低成本以及扩大产量。

  如何才能降至500万日元?

  目前在日本,氢社会的实现正由燃料电池车带动。如果路面上行驶的燃料电池车增多,就需要增设加氢站,扩大及充实氢供应网。其中,廉价的二氧化碳零排放氢会增加供应,也可用作火力发电的燃料。

  要想实现这一蓝图,亟需解决燃料电池车低成本化这一课题。当前最重要的就是,将大约10年前高达1亿日元的价格降至用户可以接受的价格。

  目前,汽车厂商已可将价格控制在1000万日元以下。与混合动力车(HV)和纯电动汽车(EV)实现电气马达等部件的通用化起到了重要作用。不过,有关人士关注的是,在开始上市销售时能否降到500万日元。某厂商负责人表示:要想实现500万日元的价格,需要进一步的技术革新。虽然也期待量产效果,但在上市销售之初,供货量能达到多少也是个课题。

  为实现低成本化,各公司积极采取的对策是,使堪称燃料电池车核心部件的燃料电池实现高性能化和小型化,以及替换成更为廉价的材料。

  燃料电池是由作为燃料供应的氢与空气中含有的氧,在名为单元的部件中发生化学反进行发电。提高反应效率就有助于提高燃料电池的性能。其关键在于单元内部使用的催化剂性能。

  催化剂主要使用高价的稀有金属铂。如果将其制成微粒子涂布在电极上,便可进一步扩大与氢反应的表面积,从而提高性能。在这一领域,各公司展开了技术竞争。如果氢和氧的反应效率提高,即使减少铂的使用量,也可获得充足的输出功率。

  燃料电池采用串联排列几百个单元的结构。由于提高了输出功率,因此可缩小单元面积,减少单元数量。除了铂之外,还有助于减少其他零部件的使用量及成本。在确保输出功率的同时,还可缩小燃料电池本身的容积。

  表示单位容积输出功率的输出功率密度显示了各公司的技术水平。丰田实现了每升3千瓦。本田宣布达到了3千瓦以上。日产汽车也在2011年宣布达到了2.5千瓦,目前实际能达到每升3千瓦的输出功率密度。

  各公司还在致力于调整材料以及寻找廉价的高性能新材料。

  加速向廉价材料转换

  据称燃料电池车的燃料电池、氢燃料罐以及其他运送空气的泵等辅机各占车体成本的三分之一。

  比如,丰田日前对70兆帕高压储氢燃料罐的材料进行了调整。为了在具备耐压性的同时,减轻重量,采用了内侧使用塑料、外侧卷缠高价碳纤维复合材料(CFRP)的结构。该公司将寻找可在充分确保安全性的同时降低成本的碳纤维复合材料。

  丰田不依赖供应商贴牌生产(OEM),而是在自家工厂将碳纤维复合材料卷缠在氢燃料罐上。为实现量产化,还在进行生产技术开发,以实现在确保必要强度的同时,快速进行卷缠。

  丰田技术统管部主管高桥刚说:我们将不断提高电池堆等部件的性能、调整结构和材料及旨在实现量产化的生产技术革新等,以降低成本。

  如何体现燃料电池车的魅力

  消费者购车时,价格是最主要因素。不过,燃料电池车的价格要想降到与其他车辆同等水平,估计要到2020年以后。如何体现燃料电池车与其高价相符的优点也是一大课题。

  汽车厂商举出的燃料电池车的特点之一是可向外部供电的功能。配备大发电容量燃料电池的公交车还可作为受灾时的电源进行推销。

  丰田于11月14日,在爱知县丰田市内,公开了将燃料电池巴士的电力供应给受灾避难所等的实验。

  将专用插头插在在燃料电池巴士后部的插座上,就可将电源供应给建筑物内的电视及电炉等使用。电装公司与丰田自动织机公司开发出了将燃料电池巴士的直流电转换成交流电的外部供电装置。在加满氢的状态下,可连续5天为用作避难所的体育馆提供照明电力。丰田计划2016年上市销售燃料电池巴士。

  由燃料电池车向家庭等供电的功能名为V2H(vehicle to home)等。在东京车展上,本田展出了家庭专用供电装置。该公司从4月份开始,在北九州岛市实施为住宅供电的实证实验。在下午的用电高峰时段,如果利用燃料电池车供电,就可为削峰做出一定贡献。

  燃料电池车的另一个卖点应该是环保性能。行驶时只排放水、不会排放二氧化碳及大气污染物质的燃料电池车还被称为终极环保车。

  实际更为严格的环保性能

  不过,终极环保车是有条件的,就是包括制造氢等在内,在整个生命周期中都要做到不排放二氧化碳,即二氧化碳零排放。如果原料使用化石燃料,制造氢时就会排放二氧化碳,因此并不是二氧化碳零排放。

  日本汽车研究所综合效率讨论工作组2011年实施的调查结果显示,燃料电池车行驶1公里的二氧化碳排放量与混合动力车相同或略高一些。只有使用利用燃烧后二氧化碳排放量最少的天然气进行重整制成的氢,才能够比混合动力车减少一成左右的二氧化碳排放。

  日产汽车纯电动汽车系统研究所所长、策划及先行技术开发本部FCEV开发推进室主管森春仁说:如果希望社会能够实现低碳,最好的作法就是利用可再生能源制造的二氧化碳零排放氢来驱动燃料电池车。必不可少的是构筑与二氧化碳捕集及封存(CCS)技术等组合使用的氢供应网,二氧化碳捕集及封存技术可阻止向大气中排放由化石燃料重整生成的二氧化碳。

  纯电动汽车在行驶过程中同样也不会排放二氧化碳,那么如何向消费者宣传燃料电池车与其相比具有哪些优势,这也是燃料电池车的一大课题。燃料电池车的优势是毫不逊色于汽油车的行驶距离。日产的纯电动汽车LEAF充电一次可续航行驶228公里。而该公司的X-TRAILFCV为500公里。

  另外,纯电动汽车即使使用快速充电器,充满电也需要30分钟。而燃料电池车在加氢站装满氢只需3分钟左右。不过,纯电动汽车可以在电价低廉的夜间充电,与氢相比,可减少燃料费。

  森春仁主管认为:将来会是纯电动汽车与燃料电池车共存的社会。他接着又说道:燃料电池车需要配备燃料电池和辅机,因此成本容易提高,销售价格也容易上升。根据用户行驶的地区,电和氢哪种价格更便宜也大不相同。根据生活方式和用途,为了给用户提供更多的选择,二者共存这种方式最现实。

  充分利用燃料电池的优势

  汽车厂商特别强调的是,普及燃料电池车会给社会及产业带来的乘积效应。

  其中一点就是为保障能源安全做出贡献。丰田高桥主管称:化石燃料属于有限资源。而资源较少的日本需要确保能源安全。

  随着新兴市场国家的发展,今后化石燃料的供求会日趋紧张,燃料价格可能暴涨。高桥称:提高汽油车和混合动力车的节能性能,可减少石油的消耗量。与此同时,通过普及插电式混合动力车及燃料电池车等来推动燃料转换,这点也十分重要。

  企业期待的另一个效果是强化产业结构及竞争力。本田技术研究所四轮R&D中心第5技术开发室高级研究员守谷隆史称:燃料电池车具有维持汽车、部件、材料、能源企业等现有汽车相关产业结构,并引导其发展的潜力。也是既能维持产业又能减排二氧化碳的宝贵产品。

  实际上,日本已经在燃料电池领域申请了很多专利。遥遥领先于欧美、中国和韩国,在全球占有大约6成的份额。在很多部件材料方面,日本厂商都占有全球最高份额,例如燃料电池的催化剂、电解质膜和隔膜等零部件、碳纤维复合材料制成的高压氢燃料罐等。

  东丽公司在氢燃料罐和电极材料领域占有全球最高份额。该公司还通过开发与原有产品相比发电效率更高、价格也低的碳化氢类电解质膜等,在燃料电池的零部件领域提升了影响力。

  东丽董事、复合业务部长须贺康雄说:在燃料电池相关业务领域,正吹着前所未有的东风。现在是转向实现低碳社会的绝好时机。

  不过,也有分析认为不能疏忽大意。据称日本即使具有技术优势,但在燃料电池车销量方面估计会远远落后于欧美。德勤咨询公司的调查结果显示,到2025年,日本的燃料电池车普及数量约为20万辆,而美国将增至85万辆,欧洲将增至71万辆。

  美国通过重整页岩气制造氢,其供应价格并不比汽油等高。这将推动燃料电池车的普及。另外,在欧美,政府方面积极支持加氢站等基础设施建设也是原因之一。

  那么,日本开发的燃料电池车会怎样发展?为了扩大普及,是否实施有效的政策支持,估计这会影响燃料电池车的发展方向。

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