一、富氫水杯產品概念及作用(1)富氫水源于日本,在日本其名為水素水,因日語中“水素”的意思是“氫”,所以國內稱之為“氫水”,又叫“富氫水”。(2)氫在人體作用尚不完全明確,此次疫情期間,氫氧氣霧化機可以糾正重癥病人的缺氧狀態,防止轉為危重癥,因為危重癥病人長期時間缺氧有發展為呼吸衰竭的可能,逆轉的機會也比較少,在國家衛健委發布的新型冠狀病毒肺炎診療方案(第七版)中有推薦。二、工作原理純水電解水制氫(氧)的核心是電解槽,它由膜電極組件、集電器、框架和密封墊等組成,其中,膜電極組件和集電器是電解槽的核心部件,決定著電解槽的使用性能。具體原理如上圖所示,水在陽極發生電分解成氧氣和質子,質子通過電解質(質子交換膜)到陰極,與外電路過來的電子結合成氫氣。膜電極組件有陽極、陰極和質子交換膜組成,陽極層電極材料通常有氧化銥、銥釕合金或其混合物、鉑金屬等,陰極層由鉑黑、鉑碳等,電解質為質子交換膜,通常為杜邦117或115膜。純水電解的主要優點:(1)在給定電流密度下效率高,能耗小,具有較高的電流密度,電壓低,在相同的產氫量下,制氫裝置小,重量輕。(2)由于電解質是鏈式聚合物非透氣性隔膜,性能穩定,無腐蝕性液體存在,因而安全可靠,使用壽命長。三、結構示意圖3.1 富氫水杯結構示意圖富氫水杯一般分為上下兩部分,上端部分是水杯,下端部分是產氫結構,包括電極、電池和控制電路等。制氫水的時按動開關,下端的電極開始產生氫氣,氫氣溶解在水杯中的飲用水里,大約3~5分鐘氫氣濃度可達到1.6 ppm左右,如果有杯身能夠耐受2~3公斤的壓力,氫水的濃度能夠超過氫氣的飽和溶解度,* 高可達5 ppm。富氫水杯典型的結構3.2 吸氫機及電解槽結構示意圖四、中科科創新能源科技有限公司產品特點1、納米催化劑自主知識產權制備技術,掌握膜電極核心技術,催化層按需定制;2、CCM工藝,產品均勻性高,一致性好,可批量化制備,產能可達30平方米每天,單張*大面積為300x300 mm;3、膜電極電流密度高、穩定性強,電壓低,電耗??;4、純貴金屬為電極,無金屬溶出,安全性高。5、納米氣泡,氫氣可溶解性強,富氫水溶度高。
2021年12月10日,寧波中科科創新能源科技有限公司通過了由寧波市科學技術局、寧波市財政局、國家稅務總局寧波市稅務局組織的國家高新技術企業認定,并榮獲國家“高新技術企業”稱號。此次中科科創新能源榮獲國家高新技術企業認定,既是國家、各級政府對中科科創新能源科研能力和整體技術水平的認可,也是對中科科創新能源的一種鞭策和鼓勵。未來,中科科創新能源將砥礪前行,通過更注重科研投入、人才隊伍培養來構筑更完善的技術創新體系。在充分發揮高新技術企業的優勢和模范帶頭作用的同時,提高企業核心競爭力、加強企業創新發展動力,為企業的可持續發展提供強有力的技術支持。
從我們團隊的角度來看,我們也圍繞這三個問題進行了長期的研發,工作也與上海交通大學相結合。 針對剛才提出的三個問題,我們發明了一些解決方案:一是具有超低傳質阻力的新型低鉑合金膜電極;二是新型耐腐蝕鉑合金燃料電池催化劑及其批量制備技術;三是疏水梯度分布的非均質膜電極分層制備技術。 我們還建成了****條低鉑合金膜電極生產線,2020年制造了26萬片膜電極。 從更底層的技術來看,簡單地說,為什么燃料電池使用超低鉑會帶來問題,主要有兩個問題,一個是電催化動力學和傳質動力學不能滿足要求。 例如,它的鉑載量下降到0.當05mg/m2時,電極中傳質的阻力達到整個催化層傳質阻力的77%,傳質阻力的增加直接影響電壓的下降。 直觀地說,鉑載量從0開始.4毫克/平方厘米.當05毫克/平方厘米時,其傳質阻力增加70%以上,其解決方案是離子結構和電極與極板之間的適應性。因此,燃料電池走出低鉑化的關鍵點是加強對流,提高傳質阻力,降低傳質阻力,或提高排水能力。 我談到了第一代、第二代和第三代催化劑。第一代是純鉑,第二代是合金顆粒,第三代是核殼結構顆粒。第三代可以說將鉑的用量降到了**。如果我們想提高它的活性,減少它的用量,我們只能在第三代的基礎上繼續提高單個鉑原子的活性。這是我剛才提出的*終目標,至1克/千瓦。如果能實現,燃料電池的大規模應用就能實現。 對于第一代來說,第二代已經實現了工業化,第三代仍在發展中。這是我們開發過程中的一些數據。與第一代相比,第三代燃料電池催化劑的質量和活性從0開始.13提高到1.45、增加十倍以上,應能滿足燃料汽車的要求。 同時,我們的顆粒的均勻性也很好,因為它需要提高活性和穩定性。穩定性的一個來源是催化劑顆粒的大小是一致的。只有一致,它的整個衰減才會減弱,因為每個顆粒都長得差不多,所以衰減不會有問題。 除了燃料電池催化劑的活性,如何改善其表面積,一是活性,二是原子單層,另一個大問題,*近發現,在電極中,質子傳導也是一個很大的問題,簡單地說,電極內的質子傳導是膜內電子傳導電率的十分之一。 對于這個問題,我們也開發了很長一段時間,優化它,以支持低鉑和超低鉑的應用。我們將顆粒與電極中質子膜的導電問題結合起來,制成一個不對稱的電極,可以提高其耐久性,而不影響其性能。 目前,我們可以在一批中制作500克催化劑,制作膜電極車輛工況下穩定運行8000多小時,預測壽命超過1萬小時。 本項目完成了汽車燃料電池低鉑合金膜電極微觀傳質、電荷傳遞和材料衰減的理論突破。形成高功率密度、長壽命運行,適應工況運行。 去年,我們獲得了中國機械工業聯合會組織的評估。我們擁有獨立的知識產權,開發了一種新型的低鉑膜電極,達到了國際先進水平,是單位燃料電池電堆功率的國際**技術指標。 我們也得到了國內外同行的高度評價,這是學術界的一些同行。 除制氫電解槽,膜電極外,我院還有一家合作公司,也在進行流場設計,完全正向開發。如何實現上游、中游、下游的水平衡和熱平衡,增強脊下對流,改善氣體傳質。從電堆的角度來看,我們有電堆的開發能力。目前,有兩種電堆,一種是75千瓦,另一種是150千瓦。 這是我們實驗室的材料,從單電池到短電堆到長電堆的系統測試和開發能力。 對于未來,剛才提到燃料電池可以實現3600萬輛汽車的生產,小于1克/100千瓦,這**是大規模的。我們還需要做以下事情,即新型催化劑、新型離聚物、強化傳質和耐腐蝕金屬極板,這是未來需要關注的領域。 燃料電池的工業化已經進入了商業化的進口期。我們需要更加努力地工作,從追趕到運行,*終**。這需要制氫電解槽,膜電極板、電堆匹配設計和同步開發,這是燃料電池未來發展的方向。
事實上,目前燃料電池*大的問題是其成本。從2020年到2021年,成本是指大規模生產的成本。事實上,與長期的大規模工業化仍然存在差距。*后,在接近內燃機水平之前,需要達到30美元/千瓦的水平。然而,降低成本的路徑也非常清晰,包括需要降低成本的關鍵材料和關鍵部件,如燃料電池催化劑、質子膜、碳紙、雙極板、極流板和冷卻器。 成本下降的*大預期是催化劑和膜電極,因為對于整個反應堆,燃料電池催化劑和膜電極可以占成本的70%以上,這是目前難以降低成本的*大原因。因此,催化劑和膜電極成本的下降是未來燃料電池*大的瓶頸。 為什么?在未來生產許多集合時,每個人都可能不認為催化劑是一個問題。有些人甚至告訴我,催化劑占整個反應堆的成本不是很高。例如,在生產1000套時,它只有20%到30%,但如果產量增加,例如50萬或100萬套,催化劑的單一成本超過40%進入反應堆,加上膜電極組件、質子膜和包裝,可以達到60%以上的成本。因此,降低催化劑和膜電極的成本是燃料電池未來發展的關鍵技術。 對于燃料電池催化劑來說,*大的問題是它含有貴金屬鉑,這就是我們通常所說的鉑。因此,未來必須使用低鉑,或超低鉑催化劑,甚至未來的非鉑催化劑,以滿足未來的使用要求和成本要求。同時,當使用超低鉑時,您還需要提高其膜電極性能和使用壽命。 2000年,它是1克/千瓦時的鉑催化劑,一輛汽車燃料電池的發動機功率假設為100千瓦,大約需要110克,到2008年是0.6-0.8克/千瓦,2020年左右降至00.2克/千瓦,未來能降到0.1克/千瓦,目前還不確定,也是行業共同努力的目標。 從技術路徑來看,*早在2000年左右,當時是純鉑顆粒,直徑可達3-4納米,甚至2-3納米;2008年,鉑合金技術開始在國際上使用,可以使鉑的使用量翻倍。制氫電解槽 今天,鉑催化劑仍在使用,*高可達0.2克/千瓦,已經到了極點。走下去的路是什么?這是今天燃料電池發展遇到的*大技術障礙,因為如果你不降低成本,它的成本很難與內燃機甚至今天的鋰電池相比。當前水平為0.2-0.3克/千瓦,長期目標應小于0.1克/千瓦。 這里有一個簡單的計算。例如,我們的全球鉑年產量約為180噸。如果將其中20%作為燃料電池催化劑使用,對鉑市場的影響可能不會太大,因為一旦這樣做,內燃機汽車三元催化劑中的鉑可以轉移到燃料電池中。 比如用第一代技術,鉑碳催化劑,100千瓦燃料電池發動機需要50克鉑,也就是說你可以生產72萬輛汽車,如果是第二代技術,也就是今天國際上使用的更多的合金技術,如果20克/100千瓦,就可以生產180萬輛汽車。制氫電解槽 如果我們使用第三代技術,這是我們一直在開發的技術。原子單層催化劑可以生產720萬輛汽車,只需要5克/100千瓦,應該稱之為批量生產。*終能否實現1克/100千瓦,如果能實現,可以生產3600萬輛汽車。 你可能會想,鉑的減少帶來了什么問題?這也是從技術角度解剖其低成本。用于汽車的低鉑有什么問題?對于汽車應用來說,如果鉑的載荷下降,問題就會出現。首先,很難滿足高功率輸出;二是不能實現長壽命運行,二是不能適應復雜的工作條件。 原因有很多,但*重要的矛盾是大電流區的性能急劇惡化;二是加速催化劑衰減;第三,在零增濕/低濕條件下,離子電阻顯著增加。制氫電解槽
第十三屆中國汽車藍皮書論壇于6月10日至12日在合肥舉行。致遠學院常務副院長張俊良出席會議并發表演講。 張俊良說,目前燃料電池*大的問題之一是其成本,成本是指批量生產的成本。事實上,與長期的大規模工業化還有一點差距。*后,接近內燃機的水平需要達到30美元/千瓦。然而,降低成本的路徑也非常清晰,包括燃料電池催化劑、質子膜、碳紙、雙極板、極流板和冷卻器等關鍵材料和關鍵部件。 他指出,成本下降的*大預期是燃料電池催化劑和膜電極,因為催化劑膜電極可以占整個電堆成本的七成以上,這是目前成本難以下降的*大原因。因此,他強調,催化劑和膜電極的成本是未來燃料電池*大的瓶頸。 他說,目前催化劑占整個電堆的成本不是很高。比如生產1000套的時候,只有20%到30%。但是,如果產量增加,比如五十萬套或者一百萬套,單個催化劑成本在電堆中的四成以上,加上膜電極組件、質子膜和包裝,可以達到六成以上。因此,降低催化劑和膜電極成本是燃料電池未來發展的關鍵技術。 以下是演講實錄 下午好,尊敬各位嘉賓,媒體朋友! 我很高興有機會在這里做報告,和你交流。非常感謝賈可博士和錢先生的邀請。這是我第二次參加這次會議。 我今天的報告題目是“低鉑燃料電池的技術挑戰和應對策略”。 首先,我們來介紹一下我們的研究所。上海交通大學燃料電池研究所成立于1998年,也是國內首家在高校成立的專業燃料電池研究機構。講座教授1人,教授2人,副教授15余人。我們的研究領域包括質子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、鋰電池和儲能電池。我們的研究80%或90%集中在質交膜燃料電池上。 研究所具有燃料電池催化劑、膜電極、電堆、系統特征、測試、開發和集成的能力。例如,我們有無塵實驗室和各種催化劑分析儀器。制氫電解槽 對于燃料電池來說,今天這里有很多專家。事實上,這是氫能行業的中心環節。從上游制氫到中游儲氫燃料電池技術和產品水平,決于我們的燃料電池技術和產品水平。在燃料電池中,質子交換膜燃料電池是*活躍的,因為它具有明顯的優勢,即可用于汽車和廣泛的工況變化。 燃料電池的主要優點是效率高。與內燃機相比,它是綠色無污染的,也被認為是**能源解決方案。它的效率超過60%,負載響應非???,能量密度非常高。 *近,我們注意到燃料電池汽車充氫5分鐘,可以跑1000多公里。其關鍵材料,特別是電堆、質子膜、碳紙、催化劑、雙極板等。 從電堆到系統,剛才提到有膜電極組件、極板、流場、端板等輔助部件。制氫電解槽 這實際上與我們通??吹降膬热紮C非常相似,也是一個開放的系統。與上述鋰電池*大的區別是,鋰電池是一個封閉的系統,而燃料電池是一個開放的系統,這導致了許多關鍵問題和矛盾。燃料電池系統相對復雜,技術障礙相對較高。 對于燃料電池,任何工程系統都是一樣的。為了開發出高質量、高科技的燃料電池電堆系統,必須收集所有的元素、材料和部件進行工程優化。 例如,您需要注意催化劑來減少其電化學膜化,也需要注意對流場設計和歐姆極化,這*終將反映電堆組裝和電堆性能。從燃料電池開發的角度來看,它是整個鏈和整個系統的集成。 在國際上,燃料電池的使用壽命應該已經達到了汽車的耐久性,這是美國UTC公司發布的公交系統燃料電池可達3萬小時,因此燃料電池的使用壽命越來越高,應能滿足汽車的使用要求。制氫電解槽
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