日本以高效制氢模块推动燃料电池车普及

几天前，日本特种陶瓷有限公司开发了一种制氢模块，它是推广燃料电池汽车（FCV）不可或缺的加氢站的核心部件。日本特种陶瓷产业在发展过程中，充分利用了汽车零部件领域培育的异质材料连接等核心技术。

“2020年东京奥运会的马拉松比赛很可能会使用一种以氢气为燃料、行驶时不排放二氧化碳的燃料电池汽车（FCV）。”日本特种陶瓷技术开发本部研发中心AD开发部长伊藤正吉也充满期待。为了实现这一目标，加氢站是必不可少的。伊藤部长是使用城市天然气生产氢气的模块开发的负责人。

力争在2020年实现实用化。

2011年1月，丰田汽车公司、日产汽车公司和本田公司与10家能源公司，共计13家公司发表了联合声明。其内容是，到2015年，FCV生产车辆将在以东京、名古屋、关西和福冈四大城市为中心的日本国内市场投产，并将建立约100个燃料氢供应基础设施，即加氢站。

现阶段的加氢站可以说仍处于经验实验的水平。伊藤大臣表示，日本特种陶瓷产业目前正在以“2020年实现实用化”为目标发展。这是因为该公司相信届时FCV将真正开始传播。此外，根据2010年日本燃料电池实用促进会（FCCJ）公布的蓝图，预计到2025年，日本将有200万辆燃料电池汽车，按照2000辆汽车使用一个加氢站的计算，总共将设置1000个加氢站点。

日本特种陶瓷行业打着“Rite进化论”的旗号制定了中期经营计划。2010~2012年的主题是“深化”，2013~2015年的主题为“新颖”，2016~2018年的主题则是“进化”，力争用九年时间推动现有业务和新业务的发展。经过三年的“深化”挖掘自身优势，从2013年开始，他们进入了挑战新产品和新业务的三年“新”阶段。

新产品和新业务的关键领域是环境、能源和新一代汽车。与这三个领域相关的氢模块也被寄予厚望。

集成自主研发的催化剂，提高效率

加氢站大致可分为两种类型：现场加氢站和场外加氢站。前者是改造城市天然气，制造氢气并在氢气站供应。后者是将其他地方制造的氢气运输到加氢站供应。例如，冶炼厂和化工厂的副产品氢气被回收、提炼并运输到加氢站。

现场加氢站采用日本特种陶瓷工业开发的制氢模块。作为NEDO的项目之一，日本的特种陶瓷产业一直在与东京天然气公司合作发展。该项目于今年3月结束，但两家公司的联合开发仍在继续。

制氢模块（一）。接头部分除右端外的长度约为30厘米。氢气通过表面的分离膜到达表面，流入安装在外部的管道中并被回收。下面是重整和分离过程的概念图。

该开发项目的目的是开发一种新的方法，使设备比原来的方法更小、更轻，降低制造成本，提高能源效率。

按照原来的方式，用于重整城市气体以获得氢气的装置与用于从中分离和提取氢气的装置分离，因此难以实现装置的小型化和轻量化，并且不利于降低制造成本。

因此，日本的特种陶瓷工业开发了一种在反应管中形成氢气分离膜并在其中填充颗粒状重整催化剂的方法。与原来的方式相比，它更有利于实现小型化、轻量化和降低成本。此外，重整温度可以从700℃~800℃降低到500℃~550℃，降低了200℃以上，能源效率大大提高。

然而，这种方法也存在一些问题。颗粒重整催化剂的性能将……

由于氢分离膜的影响等原因而劣化并且不能获得高耐久性。

因此，日本的特种陶瓷行业在这方面进行了改进，并发展出了一条新的道路。从而使重整催化剂和氢气分离膜一体化。使用钯（Pd）和银（Ag）的合金在管状多孔陶瓷载体的表面上形成氢分离膜（照片和下图）。将镍（Ni）重整催化剂复合在多孔陶瓷上。

充分利用异质材料粘接的知识

钇稳定的氧化锆（YSZ）是钇（Y）和锆（Zr）的复合氧化物，用作陶瓷材料。这也是一种用于固体电解质燃料电池电解质和汽车发动机氧传感器的陶瓷材料。

然而，即使采用这种新方法，要获得优异的耐久性也存在几个问题。

其中之一是氢气分离膜的气泡和剥落（上图）。为了解决这个问题，研究人员提高了氢分离膜和多孔陶瓷载体之间的粘附力。具体地说，多孔陶瓷表面的孔隙增大，使得表面电镀的氢分离膜渗透到孔隙中。通过这种方式，提高了膜的粘附性，并且解决了气泡和剥离的问题。

另一个问题是，原料气体将从模块本身和不锈钢接头之间的接头泄漏（如上）。这是因为仅使用玻璃纤维密封材料无法获得足够的密封，因此研究人员采用了双重设计，将玻璃夹在中间以提高密封性。多孔支撑的强度不足以牢固地固定接头，这也是一个原因。因此，研究人员将模块本身的末端改为没有细孔的精细陶瓷，从而提高了强度。

在解决这些问题的过程中，日本特种陶瓷行业充分利用了其通过汽车零部件领域“深化”的核心技术。通过扎扎实实地逐一解决每一个问题，在今年3月底项目结束前，日本特种陶瓷行业终于解决了实际应用的基本问题。通过重整城市燃气获得的氢气纯度超过99.99%的目标值，达到99.999%。在8000小时的连续重整实验中，获得的氢气的纯度没有下降，这证明了制氢模块具有很高的耐用性。

伊藤部长表示，未来的任务是“降低成本，实现长期可靠性”。在降低成本方面，日本特种陶瓷行业拥有的大规模生产技术的知识和经验备受期待。至于长期可靠性，伊藤部长表示：“我们的目标是能够在保持性能的同时继续使用约5至10年。”要实现这一目标，至少需要同样的时间。距离2020年东京奥运会还有7年的时间，剩下的时间可以说已经不多了。几天前，日本特种陶瓷有限公司开发了一种制氢模块，它是推广燃料电池汽车（FCV）不可或缺的加氢站的核心部件。日本特种陶瓷产业在发展过程中，充分利用了汽车零部件领域培育的异质材料连接等核心技术。

“2020年东京奥运会的马拉松比赛很可能会使用一种以氢气为燃料、行驶时不排放二氧化碳的燃料电池汽车（FCV）。”日本特种陶瓷技术开发本部研发中心AD开发部长伊藤正吉也充满期待。为了实现这一目标，加氢站是必不可少的。伊藤部长是使用城市天然气生产氢气的模块开发的负责人。

力争在2020年实现实用化。

2011年1月，丰田汽车公司、日产汽车公司和本田公司与10家能源公司，共计13家公司发表了联合声明。其内容是，到2015年，FCV生产车辆将在以东京、名古屋、关西和福冈四大城市为中心的日本国内市场投产，并将建立约100个燃料氢供应基础设施，即加氢站。

现阶段的加氢站可以说仍处于经验实验的水平。伊藤大臣表示，日本特种陶瓷产业目前正在以“2020年实现实用化”为目标发展。这是因为该公司相信FCV将真正开始……

到那时扩散。此外，根据2010年日本燃料电池实用促进会（FCCJ）公布的蓝图，预计到2025年，日本将有200万辆燃料电池汽车，按照2000辆汽车使用一个加氢站的计算，总共将设置1000个加氢站点。

日本特种陶瓷行业打着“Rite进化论”的旗号制定了中期经营计划。2010~2012年的主题是“深化”，2013~2015年的主题为“新颖”，2016~2018年的主题则是“进化”，力争用九年时间推动现有业务和新业务的发展。经过三年的“深化”挖掘自身优势，从2013年开始，他们进入了挑战新产品和新业务的三年“新”阶段。

新产品和新业务的关键领域是环境、能源和新一代汽车。与这三个领域相关的氢模块也被寄予厚望。

集成自主研发的催化剂，提高效率

加氢站大致可分为两种类型：现场加氢站和场外加氢站。前者是改造城市天然气，制造氢气并在氢气站供应。后者是将其他地方制造的氢气运输到加氢站供应。例如，冶炼厂和化工厂的副产品氢气被回收、提炼并运输到加氢站。

现场加氢站采用日本特种陶瓷工业开发的制氢模块。作为NEDO的项目之一，日本的特种陶瓷产业一直在与东京天然气公司合作发展。该项目于今年3月结束，但两家公司的联合开发仍在继续。

制氢模块（一）。接头部分除右端外的长度约为30厘米。氢气通过表面的分离膜到达表面，流入安装在外部的管道中并被回收。下面是重整和分离过程的概念图。

该开发项目的目的是开发一种新的方法，使设备比原来的方法更小、更轻，降低制造成本，提高能源效率。

按照原来的方式，用于重整城市气体以获得氢气的装置与用于从中分离和提取氢气的装置分离，因此难以实现装置的小型化和轻量化，并且不利于降低制造成本。

因此，日本的特种陶瓷工业开发了一种在反应管中形成氢气分离膜并在其中填充颗粒状重整催化剂的方法。与原来的方式相比，它更有利于实现小型化、轻量化和降低成本。此外，重整温度可以从700℃~800℃降低到500℃~550℃，降低了200℃以上，能源效率大大提高。

然而，这种方法也存在一些问题。由于氢分离膜等原因的影响，颗粒重整催化剂的性能会降低，无法获得高耐久性。

因此，日本的特种陶瓷行业在这方面进行了改进，并发展出了一条新的道路。从而使重整催化剂和氢气分离膜一体化。使用钯（Pd）和银（Ag）的合金在管状多孔陶瓷载体的表面上形成氢分离膜（照片和下图）。将镍（Ni）重整催化剂复合在多孔陶瓷上。

充分利用异质材料粘接的知识

钇稳定的氧化锆（YSZ）是钇（Y）和锆（Zr）的复合氧化物，用作陶瓷材料。这也是一种用于固体电解质燃料电池电解质和汽车发动机氧传感器的陶瓷材料。

然而，即使采用这种新方法，要获得优异的耐久性也存在几个问题。

其中之一是氢气分离膜的气泡和剥落（上图）。为了解决这个问题，研究人员提高了氢分离膜和多孔陶瓷载体之间的粘附力。具体地说，多孔陶瓷表面的孔隙增大，使得表面电镀的氢分离膜渗透到孔隙中。通过这种方式，提高了膜的粘附性，并且解决了气泡和剥离的问题。

另一个问题是，原料气体将从模块本身和不锈钢接头之间的接头泄漏（如上）。这是因为仅仅使用玻璃纤维密封材料无法获得足够的密封，所以研究人员采用了双重设计，将玻璃夹在中间……

o改善密封性。多孔支撑的强度不足以牢固地固定接头，这也是一个原因。因此，研究人员将模块本身的末端改为没有细孔的精细陶瓷，从而提高了强度。

在解决这些问题的过程中，日本特种陶瓷行业充分利用了其通过汽车零部件领域“深化”的核心技术。通过扎扎实实地逐一解决每一个问题，在今年3月底项目结束前，日本特种陶瓷行业终于解决了实际应用的基本问题。通过重整城市燃气获得的氢气纯度超过99.99%的目标值，达到99.999%。在8000小时的连续重整实验中，获得的氢气的纯度没有下降，这证明了制氢模块具有很高的耐用性。

伊藤部长表示，未来的任务是“降低成本，实现长期可靠性”。在降低成本方面，日本特种陶瓷行业拥有的大规模生产技术的知识和经验备受期待。至于长期可靠性，伊藤部长表示：“我们的目标是能够在保持性能的同时继续使用约5至10年。”要实现这一目标，至少需要同样的时间。距离2020年东京奥运会还有7年的时间，剩下的时间可以说已经不多了。

标签：本田丰田日产

汽车资讯热门资讯