GDL的成本、竞争与技术层面、决定燃料电池性能及参与未来 50年新能源市场的无限商机

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何谓燃料电池(Fuel Cell)

燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转化装置。

燃料电池与常规电池的区别在于,他工作时需要连续不断像电池内部输入燃料和氧化剂,是结合氢、氧而产生电力的电化学装置,其副产品为热气和水,只要不断供给"燃料"燃料电池即可连续产生电力。

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燃料来源多样化

低到近乎零的污染程度

耐久和低维修需求

干净、安静、可靠

高效能(为传统 2~3倍)

燃料电池是今天和未来的趋势

传统火力发电

核能发电

燃烧→热能→蒸汽→机械能→电力

核分裂→热能→蒸汽→机械能→电力

燃料电池

化学能 →电能

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( 图 1) 燃料电池模块系由许多单一的燃料电池以堆栈方式所组成。

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(图2 ) 燃料电池 3 D示意图

燃料电池现行之商业应用

可满足不同电力之需求

可应用于民间及军用

为当今和未来的趋势

 

氢能源-燃料电池

未来的五十年无可替代之新能源

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很多国家的燃油车禁售时间表已经公布了,燃油车在不久的将来也将完全退出汽车市场,新能源汽车时代的到来也意味着燃料电池领域角逐开始。

美国总统布西在 2007年 3月 18日宣布,将未来十年购买石油之 20%经费,投入燃料电池的领域,2012年 6月 20日美国总统欧巴玛宣称将加速氢能燃料电池的商业化。

2017年工信部、科技部、发改委联合发布汽车产业中长期发展规划提出,逐步扩大燃料电池汽车(FCEV)试点示范范围,在标准法规建设上,我国氢能燃料法规和测试平台逐步完善。根据国家去年发布的“节能与新能源汽车技术线路图”中的规划,到2030年,燃料汽车的销售规模将达到百万辆的级别。

就在《方案》公布的一周后,即9月20日,上海市抢先发布了《上海市燃料电池汽车发展规划》,明确上海燃料电池汽车发展重点任务,包括构建应用驱动的发展模式、规划加氢站建设、建设公共服务平台、创建产业园区、实施重大专项、设立产业基金等。

在政策鼓励之下,各大汽车生产企业的热情正慢慢被点燃。今年以来中国的氢燃料电池进入产业化布局,上汽、一汽和东风都已开始计划、生产百辆级的燃料电池专用车投放市场。同时,早已在两年成功研制出面向私人市场使用车型的丰田,也正计划在10月份在华建起首个加氢站,开始动力实证试验。

燃料电池现行之商业应用

a.军工用途

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b.商用客机 

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c.携带式电源

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d.燃料电池汽车

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燃料电池关键零组件

单一燃料电池包含四个项零组件 :

1、质子交换膜

2、触媒层

3、气体扩散层

4、双电级板。

其中气体扩散层之碳纸/碳布约占整个燃料电池的 20-25%之成本,

据统计,现有气体扩散层商品,根据其处理与贩售方式,其售价金额平均仍高于USD$700/m2。

(一组汽车用燃料电池平均约需要80片气体扩散层商品)

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(PEMFC电池成本分析与GDL(气体扩散层)全球市场趋势)

GDL(系指燃料电池之关键组件-气体扩散层-其所用之材料-碳纸/碳布)是以先进的碳纤维专利技术生产出效能最佳得应用在燃料电池之气体扩散层(碳纸/碳布);特殊规格的碳纸/碳布是所有燃料电池所必须具备的。

今日,全球就燃料电池之气体扩散层其碳纸、碳布的供需已形成一个寡占市场情况,燃料电池之气体扩散层(GDL碳电极)用关键材料为的碳纸及碳布,目前全球的材料供应商仅有日本Toray、加拿大Ballard及德国SGL三家。 

日本 TORAY已从 20010年起提高了产品售价 15%,例如 40x40cm的售价从 78USD/PCS提高至 91USD/PCS,其必须供应给波音公司之碳纤产品已占据其绝大部分之产能直至 2012年,且几乎停止出口燃料电池组件(碳纸、碳布)至其它国家。德国 SGL之原材料由日本三菱供应,但已被通知将逐月减少供给, Ballard仅供应给合约商-汽车业者。

换句话说,由于市场需求大于供应,对于GDL产品供应者而言将可预期可观之获利,直至目前即可预见的未来,没有任何的证据显示碳纸、碳布之市场售价会疲软。由于市场的需求一直增加,碳纸、碳布销售之价格将持续强竞,甚至在不久的未来价格会继续上扬。就燃料电之的成本与利润层面、竞争与技术层面、进入之门坎以及供、需等各方面,均需有一定程度的了解,提供投资者能在此适当的时机,以领先全球 之技术参与未来 50年新能源市场的无限商机,时机往往是一个重要的因素。

Why Carbon ?

气体扩散层GDL的功能

一、存在于双极板以及触媒层之间,电化学反应处,反应时,高电流密度为2A/cm2,有高电腐蚀性,必须要有抗腐蚀性。

二、扮演着将氢气/氧气或者甲醇/空气扩散至触媒层反应的媒介,因此必须为多孔性透 气材料。

三、扮演电流传导器,必须为一高导电度材料。

四、反应进行时,为一放热反应,当热过高将对质子交换膜造成伤害,气体扩散层要能将热导出,避免质子交换膜破损,需求一高导热材料。

五、燃料电池反应时,生成水会造成性能下降,因此气体扩散层要能将水导出,因此必须提高其疏水性。

六、提高燃料电池效率。 

七、增加燃料电池使用寿命。

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台湾柯泽豪教授所专利研发的燃料电池之气体扩散层GDL(碳电极)用的碳纸及碳布,目前全球的材料供应商仅有Toray、Ballard及SGL三家。本产品至今已投入1000万人民币研发经费,所自行开发之气体扩散层(碳电极),在制程上具有低成本的优点,经燃料电池效能测试的结果,也较Toray、Ballard及SGL三家公司所制造之气体扩散层优越 。

本技术已具量产可行性的生产碳纸/碳布的制程条件及技术平台,如此一来可有效的降低气体扩散层的单位成本及提供全球燃料电池研究者及厂商一个稳定的材料供货来源。

使用柯泽豪教授专利技术所制造之碳纸/碳布,与既有市场上最佳之燃料电池效能比较,将提高至少 30%以上。

同时具备以下优势:

1.生产制程缩短一半

2.原料来源无虞

3.效能超出现有的燃料电池

4.碳纸/碳布为任何型态的燃料电池所需

5.碳布可提高钒电池之电力储存

6.稳定之全球市场需求及寡占(供方)市场

7.最低生产成本与高销售利润

8.可观且快速之投资报酬

9.可望于短期内量产上市

10.可降低燃料电池成本,扩大普及性、有助于减缓全球暖化速度

11.自主专利技术,提高国内氢能源相关技术水平

12.符合国家高新科技重点发展政策

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柯泽豪教授 GDL 专利技术不仅可应用于各种燃料电池,亦可使用于抗电磁波材料、补强用复合材料等广大范围之领域,其柯泽豪教授GDL 专利范围布局技术不断增新,并布局5件专利围墙,防止竞争对手踩入碳纤维GDL 材料制程这块专利版图,在GDL 技术之研发能量趋于成熟,更可直接进入商品化量产阶段,其专利布局强度以足以排除现有竞争对手专利技术。

技术专利:

1. (Tse Hao Ko), Carbon Fiber Paper Construction & Manufacturing Process, 美国发明专利, US7,390,476 B2.

2. 高性能多孔性碳化织物及其制备方法与用途, 中国发明专利, ZL 2007 1 00300509.8.

3. (Tse Hao Ko), Kohlefaserpapier und verfahren zu seiner herstellung, 德国发明专利10 2005 061 814.

本技术为全球最新进燃料电池碳电极生产制造技术专利, 产品性能超过德国SGL公司.

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本技术成果-氢燃料电池(GDL)已发表在国际期刊之论文

Renewable Energy 78 (2015) 364-373 (SCI)

Int. J. Nanotechnol., Vol. 11, Nos. 9/10/11, 2014 (SCI)

Journal of Power Sources, 221 (2013) 134-140 (SCI)

International Journal of Electrochemical Science, Vol.6, P.2192-P.2200, 2011.(SCI)

Fuel Cells, Vol.10, P.118–P.123, 2010.(SCI)

Energy and Fuels, Vol.23, P.4042–P.4046, 2009.(SCI)

Journal of Power Sources, 191 (2009). 489–494, 2009.(SCI)

Journal of Power Sources, Vol.186,P.450–P.454, 2009.(SCI)

Energy and Fuels,Vol.22, P.4092–P.4097, 2008.(SCI)

Energy and Fuels, Vol.22, P.3351–P.3354, 2008.(SCI)

Journal of Power Sources, Vol.184, P.38-P.43, 2008.(SCI)

Energy and Fuels,Vol.22,P.2533–P.2538, 2008.(SCI)

Fuel, Vol.87, P.2420–P.2424,2008.(SCI)

Journal of Power Sources, Vol.180,P.276–P.282, 2008.(SCI)

Energy and Fuels, 22, P.1200–P.1203, 2008.(SCI)

Journal of Power Sources, Vol.178, P.80–P.85, 2008.(SCI)

New Carbon Materials,Vol.22, P.97-P.101, 2007.(EI)

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