我國甲醇燃料電池研究現狀及發展趨勢第1頁/共49頁前言技術問題發展前景2014年11月，豐田發布燃料電動車Mirai。2015年1月，豐田宣布在全球范圍內開放5680項技術專利，其中包括Mirai的1970項關鍵技術專利。豐田一系列動作表明其在燃料電池汽車技術上已趨成熟，正進入技術優化和商業生態構建階段。在我國,以國鴻氫能與Ballad合作為代表的“市場換技術”模式已經落地，并計劃在兩年內投放3000套燃料電池系統。同時，福田汽車公告斬獲北京有車租賃100輛歐輝氫燃料電池電動客車訂單等消息亦顯示國內燃料電池汽車產業化已悄然開啟。第2頁/共49頁前言技術問題發展前景接使用甲醇作為PEMFC陽極燃料的DMFC的構想是20世紀90年代初NASA的JPL實驗室和南加州大學的研究者提出的,并獲得了專利。第3頁/共49頁Content

(目錄)技術問題發展前景甲醇燃料電池的工作原理甲醇燃料電池的研究現狀（國內專利申請情況、國外研究進展、國家標準、國內相關的研究機構、知名學者、相關的政策、項目情況、研究熱點、存在的技術難題、甲醇的來源、已推出的燃料電池汽車和甲醇燃料電池產品）發展趨勢甲醇燃料電池尚不具備大規模推廣的條件，以甲烷為燃料的燃料電池可能最先被推廣。第4頁/共49頁甲醇的基本情況甲醇的沸點為64.7℃。甲醇2017年06月05日最新價格為2314.00元/噸。

相關生產商有:*ST興化(002109)、

*ST大化B(900951)、

*ST江化(002061)、*ST黑化(600179)、中國心連心化肥（01866，港股）。甲醇對人體有強烈毒性，因為甲醇在人體新陳代謝中會氧化成比甲醇毒性更強的甲醛和甲酸（蟻酸），因此飲用含有甲醇的酒可引致失明、肝病、甚至死亡。誤飲4毫升以上就會出現中毒癥狀，超過10毫升即可因對視神經的永久破壞而導致失明，30毫升已能導致死亡。第5頁/共49頁workingprinciples

(工作原理)燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置，將燃料和空氣分別送進燃料電池，就能生產出電能。從外表上看，燃料電池有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上不能“儲電”，而是一個“發電廠”。直接甲醇燃料電池屬于質子交換膜燃料電池(PEMFC)中之一類，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源，而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發電。直接甲醇燃料電池(DirectMethanolFuelCell，DMFC)具備低溫快速啟動、燃料潔凈環保以及電池結構簡單等特性，可能會應用于電子產品、移動充電寶、物料搬運車等領域。第6頁/共49頁workingprinciples

(工作原理)第7頁/共49頁workingprinciples

(工作原理)

第8頁/共49頁甲醇的來源天然氣制甲醇煤、焦炭制甲醇油制甲醇聯醇生產（與合成氨聯合生產甲醇）國外以天然氣為原料生產的甲醇占92%,以煤為原料生產的甲醇占2.3%。第9頁/共49頁市場需求2010-2015年，PEMFC、SOFC、MCFC三種類型電池占據了燃料電池歷年總出貨量的90%以上，PEMFC占多數。第10頁/共49頁市場需求第11頁/共49頁市場需求在燃料電池核心部件成本有望進一步下降大背景下，燃料電池的應用有大幅提升空間。但鋰電池配套設施已經開始大規模興建，并形成了一定的產業規模，同時燃料電池汽車也需要二次電池（包括鋰電池）作為輔助電源，鋰電池仍將是我國電動汽車的主流。第12頁/共49頁市場需求以一種燃料電池增程的中型物流車做分析：采用30kWh+30kWh增程配置，燃料電池系統約44萬+鋰電池系統約3.6萬+常規部件8萬=55.6萬。國補30萬，不算地方補貼成本為25.6萬。因此，燃料電池汽車行業大規模商業化可能會在公交車和物流搬運車等細分行業展開。第13頁/共49頁專利申請情況（甲醇燃料電池）第14頁/共49頁專利申請情況（甲醇燃料電池）第15頁/共49頁專利申請情況第16頁/共49頁Researchinstitutions

(研究機構)中國中科院長春應化所研制出中國首臺百瓦級直接甲醇燃料電池堆，并成功應用于電動自行車上。第17頁/共49頁Researchinstitutions

(研究機構)第18頁/共49頁國家標準第19頁/共49頁國家標準第20頁/共49頁國家標準第21頁/共49頁項目情況（2017年科技部重點專項）第22頁/共49頁項目情況（2017年科技部重點專項）第23頁/共49頁政策我國從2001年的“863計劃電動汽車重大專項”項目確定的三縱三橫戰略中就包括燃料電池汽車；2015年《中國制造2025》規劃綱要出臺，其中明確提出未來國家將繼續支持燃料電池汽車的發展；2015年底，科技部“十三五”新能源汽車重點專項布局中再次提及燃料電池動力系統；近日，國家發改委和國家能源局在系統內部印發《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》，并同時發布了《能源技術革命重點創新行動路線圖》，提出15項重點創新任務，其中包括了氫能與燃料電池技術創新，戰略方向包括氫的制取/儲運及加氫站、先進燃料電池、燃料電池分布式發電，并且布局了重點任務、創新目標和創新行動。第24頁/共49頁補貼政策現行政策給予小型/輕型/大型燃料電池車的補貼標準為20/30/50萬元/臺，加氣站的補貼標準為400萬元/個。第25頁/共49頁補貼政策第26頁/共49頁國內相關的企業①氫生產：華昌化工；②質子交換膜：東岳集團、上海汽車、長城電工、南都電源、新大洲控股、雄韜股份；③雙極板：安泰科技；④氫氣存貯裝臵：富瑞特裝；⑤催化劑：貴研鉑業；⑥空氣壓縮機：雪人股份；⑦整車企業：福田汽車、宇通客車、佛山飛馳；⑧氟制品：三愛富、巨化股份。第27頁/共49頁相關的企業和產品（豐田）第28頁/共49頁相關的企業和產品（豐田）豐田Mirai是全球首款量產的氫燃料電池車，售價57500美元（391000元人民幣）起。自2014年開始，Mirai開始登陸日本市場，隨后面向美國、歐洲、阿聯酋發售，不過由于氫補給站的配套建設問題，截至2017年2月，僅僅銷售了2840輛。第29頁/共49頁相關的企業和產品（豐田）氫燃料電池車MIRAI第30頁/共49頁相關的企業和產品（豐田）動力方面，全新豐田Mirai的氫燃料電池組可產生114kW的最大輸出功率，滿電情況下最大續航里程可達到483公里，它從0到100km/h的加速時間為9.6秒。在使用壓力為700bar的專用充電設備可在3分鐘內將電池充滿，這套氫燃料電池組合在零下22度以上的環境中正常使用。第31頁/共49頁相關的企業和產品（現代）第32頁/共49頁相關的企業和產品（現代）新一代途勝FCV的售價在5萬美元(約合34.7萬元人民幣)左右。第33頁/共49頁相關的企業和產品（本田）第34頁/共49頁相關的企業和產品（西門子）海豚級AIP潛艇，由克虜伯海事系統與西門子制造，其中西門子提供電磁流體-燃料電池動力系統！第35頁/共49頁國內知名學者華南理工大學廖世軍教授在燃料電池的基礎研究和應用研究方面成就卓著，主持完成了廣東300KW燃料電池電站，燃料電池－鋰離子電池混合電力電動車等一系列重大項目。廖世軍教授擔任廣東省燃料電池技術重點實驗室主任。第36頁/共49頁國內知名學者廣州大學陳勝洲教授在甲醇燃料電池方面申請了不少課題。"新型碳功能化改性及在甲醇燃料電池中的應用"，2009.01-2011.12，廣東省科技廳攻關項目，主持，項目編號：2008B010800036“甲醇燃料電池電動車富氫氣體中CO的選擇性氧化”，國家自然科學基金項目，2006.01～2008.12，第三承擔人，項目編號：20576023“便攜式直接甲醇燃料電池氧化電極材料研究”，廣州市科技局計劃項目2005.08～2007.08，第二承擔人，項目編號：2005J1-C0361“微型甲醇燃料電池陽極電催化劑的研究”，廣州市教育局，2005.01～2006.12,項目編號：第三承擔人，2052“中小型直接甲醇燃料電池關鍵材料及技術”，2009.01-2011.12，廣東省科技廳攻關項目，第二承擔人，項目編號：2008B010800037，15萬高濃度甲醇進料的被動式直接甲醇燃料電池研究，2010.08-2012.07，廣東省科技廳攻關項目，第二承擔人，項目編號：2010B010900039，2011.08-2012.07第37頁/共49頁國內知名學者一汽技術中心電動車部副部長趙子亮魏子棟，教育部長江學者特聘教授，現任重慶大學化學化工學院院長，“化工過程強化與反應國家地方聯合工程實驗室”主任，重慶市“新能源化工創新團隊”學術帶頭人。第38頁/共49頁高引論文被引用103次！（中國知網的檢索結果）第39頁/共49頁高引論文（webofscience檢索結果）第40頁/共49頁Technicalproblem(技術問題)電極催化劑的問題采用貴金屬催化劑導致成本高。

制約直接甲醇燃料電池發展的另一個重要因素就是常溫下甲醇的電催化氧化活性太低。解決方案：由于一元Pt催化劑活性難以提高，且催化過程易自中毒，因而研究人員對鉑基二元、多元金屬催化劑經行了大量的研究；二元催化劑有PtRu、PtMo、PtRe、PtNi等；多元催化劑有Pt-Ru/C、Pt-Sn/C、Pt-Ir/C等；同時也引進了納米技術，出現了貴金屬納米催化劑，但這些金屬材料價格偏高、活性及穩定性還達不到理想要求，而且非貴金屬催化活性很低。第41頁/共49頁Technicalproblem(技術問題)質子交換膜滲透甲醇的問題質子交換膜是直接甲醛燃料電池的核心部件，目前應用最多的是Nafion系列膜，價格偏高。在甲醇溶液里，甲醇和水能隨氫離子的遷移發生滲透，產生淹水現象，降低電池輸出電壓。解決方案：(1)降低甲醇在現有質子膜中的擴散系數,使其不能到達陰極。(2)在原有材料的基礎上,改變電極結構使到達膜附近的甲醇濃度盡量小,從而減少甲醇滲透量。(3)研制新型膜。第42頁/共49頁解決方案規模效應會降低電池成本！第43頁/共49頁發展趨勢直接甲醇燃料電池作為新型的綠色能源，可以滿足大到汽車、航天儀器，小到微型電子產品對能源的需求。但是，催化劑和質子交換膜是直接甲醇燃料電池發展的技術難點。另外，甲醇和氫氣的制備需要消耗煤、天然氣等化石燃料。用化石燃料制備甲醇或氫氣，再用甲醇