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燃料电池增湿器的“寂寥”与“商机”

发布日期: 2020-03-23
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燃料电池电堆在反应过程中,质子交换膜需维持一定的湿度以保证较高的反应效率,因此要求反应介质需携带一定量的水蒸气进入电堆,这一步通常通过增湿器来实现。

作为燃料电池系统的一个重要部件,增湿器领域的参与者却是十分少,原因在于其技术门槛高而市场需求偏小。

据了解,目前国外仅有美国博纯、韩国科隆、德国科德宝等几家国际公司基于客户需求,开发出满足备用电源、实验室测试台和氢燃料电池公交车等不同工况下使用的增湿器产品。

其中,美国博纯在增湿器领域已有几十载的研发历史,产品具有一定先进性,在中国占有较高的市场份额。公司FC™ 系列加湿器是利用燃料电池排出的水,通过 Nafion 管壁渗透到进气中进行加湿。韩国科隆、德国科德宝公司增湿器产品在中国市场同样占有一席之地,产品核心部件分别采用聚砜均质中空纤维管和夹层复合平板膜。

知情人士透露:“国际上成熟的增湿器产品寿命表现整体较为不错,当然也取决于终端设备的使用工况,例如运行在叉车上(工厂污染小的前提下),美国博纯FC™ 系列加湿器寿命能达2万小时;运行在户外燃料电池汽车上时,如果前端过滤不够有效,增湿器的使用寿命会受当地空气颗粒物含量、有害物质影响。”

而相较于国外较为成熟的增湿器产品,国内因为起步较晚,目前伊腾迪实现增湿器产品商业化,同时也有大洋电机、上海华熵等少数几家企业涉足增湿器研发。

据悉,伊腾迪所采用的中空纤维加湿器内是亲水材料制备的均质无孔中空纤维束,水(或排气)从中空纤维束外测流过,加湿气体从中空纤维束内测流过,水由于浓度差的作用从中空纤维外侧扩散至内侧,并蒸发进入反应气体中,完成对气体的加湿。通过调节气体流量,中空纤维材料、中空纤维丝表面积、水温(或排气温度)、水(或排气)的流量、气液相间压差来改变中空纤维加湿量的大小。

伊藤迪销售经理郑家铨表示,公司增湿器在价格上比进口更有优势,原因在于产品的原材料是国内的,成本可以控制,性价比高。

使用寿命方面,郑家铨透露:“我们增湿器的设计寿命大概在2W小时以内,一般情况下,不超过我们额定的工况温度、压力,产品耐久性就不会受到很大影响。而且,我们一般会给到客户5年或20万公里质保期,目前有几个客户已经装车在跑,还没出现什么问题。”

值得一提的是,高工氢电从燃料电池系统集成商处了解到,系统在集成时,一般会根据电堆厂家的要求来选用增湿器。不同电堆厂家的产品,对增湿器的要求也不一样。

一位技术人员透露:“目前增湿器是国内燃料电池系统上必不可少的一个部件,但公司电堆产品在湿润的南方地区运行时,对配套的增湿器要求没那么高,因为当地空气湿度比较大,而在比较干燥的北方地区,增湿效果要求则会相对变高。”

在这位技术人员看来,增湿器体积难以做小,且制造和维护成本高,若电堆设计得当,对增湿器效果要求没那么高,因此未来或许可以学习日本丰田,通过温度控制和阳极水循环做到自增湿,取缔增湿器这一部件。

不过,自增湿除了对电堆性能要求高,对控制策略要求更高。总的来说,实现自增湿的技术难度非常大,难以实现。这意味着增湿器产品依然有其应用价值与市场空间。

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