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1、日本剑指氢能与燃料动力电池十大关键技术导语：2019年度，我国氢能开展迅猛，国内能源央企纷纷布局氢能产业，氢能在将来我国能源开展战略中的地位正在逐步显现。然而，我国氢能产业政策仍然不完善，氢能产业根底相对薄弱，实现我国氢能安康、平稳开展仍然面对众多挑战。日本作为东亚能源消费大国，深耕氢能产业多年度，并且已经具备相对完善的政策、及产业根底，我们可以透过氢燃料动力锂电池开展技术，透析日本氢能产业开展脉络。周杰系国际清洁能源论坛(澳门)秘书长，该论坛是“一带一路国家战略中，我国能源央企出海重要对外窗口。他长期从事外交领域工作，对国际清洁能源开展，十分是日本能源体系有深化观察和研究，现为武汉新能源研究
2、院研究员。2019年度九月十八日，为实现?氢能源根本战略?和?第5次能源根本方案?所提出的国家氢能开展战略目的，日本继今年度三月再次修订了?氢能与燃料动力锂电池战略道路图?之后，紧锣密鼓又出台了重磅的?氢能与燃料动力锂电池技术开发战略?。技术开发战略重点锁定在燃料动力锂电池、氢制备与储运及其氢燃料发电相关产业链和水电解制氢三大领域，共分为十项关键技术。燃料动力锂电池技术领域开发重点氢燃料动力锂电池种类繁多，但日本燃料动力锂电池技术开发重点重要集中在聚合物电解质燃料动力锂电池(PEFC)和固态氧化物燃料动力锂电池(SOFC)两大类，前者合适汽车动力需求，后者那么重要用于工商业发电或者储能电源。高
3、效、耐用、本钱是实现燃料动力锂电池商业化的根底，技术开发的重点目的是：尽可能减少铂金催化剂用量，寻找铂金替代催化剂，燃料动力锂电池发电效率到达65%以上。1、动力燃料动力锂电池技术(PEFC)：到2030年度续航里程由目前的700公里新增到800公里;最大功率密度由目前的3.0kW/L新增到6.0kW/L;乘用车和商务车使用年度限超过15年度;燃料动力锂电池系统由2万日元/kW降至0.2-0.4万日元/kW;储氢系统由70万日元降至10-20万日元，储氢量可以到达5.7wt%(相当于5kg)。详细目的是：降低铂金催化剂用量(0.1g/kW)，开发非铂催化剂或者减少自由基生成的催化剂;电解质膜实
4、现高质子导电性、薄型化、低气体浸透率和高耐久性;降低气体扩散层的电阻率，从目前的5-10mcm降至1.5-2.5mcm，进步透气性能和疏水性能;电池隔板具耐久性、电阻低、排水好和冲压成形工艺优良;密封材料须防止气体通过和冷却液泄露，进步气体致密性;开发能维持100-120高温工作性能的催化剂、载体材料及电解质膜;开发极端环境下维持正常工作性能及具良好耐久性的相关燃料技术，如最低启动温度由-30进一步降至-40等。2、固定式燃料动力锂电池技术(SOFC)：到2025年度，低压燃料动力锂电池系统本钱为50万日元/kW，发电本钱二十五日元/kWh;高压燃料动力锂电池系统本钱为30万日元/kW，发电本
5、钱十七日元/kWh。详细目的是：燃料动力锂电池电堆系统发电效率超过65%(LHV);电堆寿命由目前的9万小时新增至13万小时以上(约15年度)，并大幅缩短启动时间;进步燃料动力锂电池系统的燃料利用率;开发适用生物质燃料等多燃料系统的电堆。此外，燃料动力锂电池通用技术还包括：开发燃料动力锂电池零部件量产化消费工艺技术;开发燃料动力锂电池能源管理系统;制定对燃料动力锂电池性能和耐久性进展加速劣化测试的标准和试验模型。3、辅助设备、储氢罐及相关技术：开发减少碳纤维用量的挪动式储氢罐和其它容器的高效消费工艺;优化包括辅助设备在内的燃料动力锂电池系统技术，并降低本钱;开发燃料动力锂电池用于乘用车之外的新
6、用处。氢制备、储运与发电相关产业链技术领域开发重点氢能源相关产业链包括制备、储运与发电三项技术。尽管制氢方式诸多，包括化石燃料重整、分解、光解或者水电解等。但日本氢制备技术重点重要放在利用澳大利亚褐煤制氢和国内可再生能源水电解制氢技术上;从储运技术来看，有高压储氢、液体储氢、金属氢化物储氢、有机氢化物储氢和管道运输氢等多种，但日本将液氢储运技术作为开展重点;纯氢燃料发电是日本将来火力发电战略布局最重要的一项技术，重点是要解决稳定燃烧技术。总体来讲，进步能效，降低本钱是氢能源相关产业链形成最为关键的要素。4、大规模氢制备技术：开发高效、低本钱的褐煤气化炉设备，褐煤气化制氢本钱由目前的几百日元下降
7、到十二日元/Nm;与此同时开发高效的大型电解水装置。5、储运技术：进步氢液化效率，氢液化能耗由13.6kWh/kg下降至6.0kWh/kg;开发适用低温氢气装运的压缩机;开发本钱较低的大型输氢臂;开发适用于氢燃料发电的液氢升压泵;开发适用于大规模海上运输或者陆上储存的储氢罐绝热材料和冷却系统;开发超低温地区可以使用的金属材料、树脂材料，并建立相关技术评价体系;进步氢气化或者脱氢催化剂的性能，减少甲苯用量，由目前的1.4%降至0.7%;利用余热实现脱氢工艺低碳化，并降低本钱;开发电解合成等新型催化剂，降低整个系统本钱等。6、氢燃料发电技术：关键是实现纯氢燃烧发电，重点是开发防止逆火和燃烧振动的技
8、术。详细来讲，开发低氮、高效、与氢燃料发电特性相匹配的燃烧器;利用发电余热高效实现甲基环已烷(MCH)和氨等氢载体的脱氢反响，并降低本钱。7、氢加注技术：设定2025年度加氢站建立和运维本钱控制目的，建立费由3.1亿日元降至2.0亿日元，每年度运维费由0.32亿日元降至0.15亿日元。详细目的是：对通过远程控制实现无人值守加注站和相关设备配置进展风险评估;获取普通金属材料与氢反响特性的数据;延长氢蓄压器寿命，开发新的检测方法，本钱由0.7亿日元降至0.1亿日元;进一步进步加注软管及密封材料的耐久性;开发新的温升控制加注协议;根据运营数据分析实现加注站设备规格统一和操作流程标准化;降低氢压缩机本
9、钱，由0.6亿日元降至0.5亿日元，与此同时开发电化学或者热化学压缩机;开发液氢泵;开发燃料动力锂电池卡车等新应用场景下的加注和计量技术;开发容量大、重量轻的储氢容器，陆地储氢罐容量由2500m新增到50000m，海上运输储氢罐容量由目前的1250m新增到40000m;开发容量大，耐久性强的储氢材料。水电解制氢技术领域开发重点水电解制氢重要有碱形电解水技术(ALK)、质子交换膜电解水技术(PEM)、碱性阴离子交换膜电解水技术(AEM)和高温固体氧化物电解水技术(SOEC)等。技术开发总体目的是要求探明电解质材料衰减机理，在降低本钱的根底上进步电解水设备的效率和耐久性，并能知足高负荷运转、负荷波
10、动快和快速启停的需求。8、水电解制氢技术：(1)在ALK和PEM电解水装置方面，设定了2030年度技术开发目的。开发扩大控制电流密度幅度的技术，电流密度由目前的1.0-2.0A/cm新增至2.5A/cm;能耗由目前的5.0kWh/Nm降低为4.5kWh/Nm;通过减少电解金属用量降低设备本钱，其中碱性电解水设备由目前的12万日元/kw降至5.2万日元/kw，PEM电解水设备由目前的25万日元/kw降至6.5万日元/kw;降低运维本钱，每年度由目前的2.4万日元/Nm/h降至0.45万日元/Nm/h;衰减率降低到0.12%/1000小时;降低触媒金属用量，铂金由目前的0.2-0.5mg/w降至0
11、.1mg/w，其它贵金属由目前的0.5-1.5mg/w降至0.4mg/w，电解槽须进步电极等相关材料部件应对负荷变动的耐用性。(2)在AEM电解水装置方面，探明电解质材料、催化剂材料衰减机理，进一步进步其耐用性;开发高效、耐用、低本钱的电堆。(3)在SOEC电解水装置方面，进步电堆的耐用性;开发低本钱电堆制造技术。(4)在电解水根底技术方面，开发电解水反响解析及其性能评价等根底技术;开发包括辅助设备在内的体化系统优化算法;开发高效、耐用、本钱低廉的甲烷气化装置等。9、工业领域应用技术：重点目的是推广利用绿氢。详细内容包括：评估绿氢燃料替代的经济效益和二氧化碳减排效果;研究氢复原炼铁技术等氢能在
12、钢铁冶炼行业的利用潜力;对氢能产业链进展全生命周期评价;研究利用现有天然气管道输氢的潜力;研究石化公司聚集区的绿氢利用和相互融通技术;开发电能替代困难的高温加热领域实行氢替代的技术;扩大氢燃料的应用领域等。10、创新技术方向：确定了以2050年度为目的的中长期技术开发方向。详细目的是：研究高效电解水、工光合成、膜别离法制备纯氢等新技术;开发创新型高效氢液化设备;开发长寿命液化氢储存材料;开发低本钱、高效、创新型的能源载体及其消费技术;开发高效、稳定、体积小、本钱低的燃料动力锂电池创新技术;开发利用绿氢和二氧化碳合成化学品的技术等。?巴黎协定?之后，从低碳化社会迈向脱碳化社会的开展目的已成为世界
13、潮流。氢能作为清洁能源不仅广泛应用于交通、建筑、电力、储能等各行各业，而且还为钢铁、石油、化工等消费制造和高温燃烧等难以脱碳的行业供给了脱碳的有效途径，成为全面实现脱碳化社会目的的重要抓手。有关日本来讲，氢能不仅在促进能源多元化和能源平安保障方面多了一种选项，更重要的是成为推动能源构造转型，实现脱碳化社会目的的重要战略资源。因此，日本举全国之力开展氢能产业。2019年度度的氢能燃料动力锂电池技术研发预算到达5.9亿美元，超过了2018年度度的4.2亿美元，远高于欧美国家。此次?氢能燃料动力锂电池技术开发战略?的重磅推出，不仅为日本建立氢能社会圈定了破解关键技术瓶颈的重点，还将引领全球氢能与燃料动力锂电池技术开发的新方向。0