氢燃料电池汽车用氢气中痕量杂质分析技术发展现状及指标要求

赵敏 2022-04-07

目前氢气中各杂质分析以离线技术为主、集成度低、实施性差等问题，提出需自主设计多种关键杂质组分同时分析的集成联用方法，构建满足FCV用氢气品质保证的完整分析监测体系以及未来应主要向在线分析技术方向发展。

燃料电池汽车（FCV）以氢气作燃料可解决传统内燃机汽车所带来的排放污染和大量化石能源消耗问题。氢燃料电池作为一种将化学能催化转化为电能的过程，氢气的品质则直接影响燃料电池中催化剂的性能和寿命，甚至nmol/mol级别的某些痕量杂质也会引起燃料电池催化剂中毒，造成燃料电池系统的性能衰减。因此，对FCV用氢气的质量管控至关重要。

为保障燃料电池的长周期良好运行，在FCV 氢源国际和国家标准ISO 14687-2、SAE J2719及GB/T 37244中均对各杂质含量提出相应的限值要求。（国际标准化组织（ISO）、美国汽车工程师学会（SAE）及我国国标（GB））

FCV用氢气品质的指标要求

氢气的成本和电池的耐久性是制约FCV 大规模商业化发展的两大瓶颈。2018 年，我国氢能产量约2100万吨，占世界氢产量的1/3，是世界第一产氢大国，可为FCV 提供充足氢气来源。目前制氢技术主要有天然气、石脑油、煤等化石能源制氢、电解水制氢、生物质制氢及其他工业副产氢等，其中90%的氢气来源于化石燃料或工业副产氢，这些氢源中往往存在从原料或反应过程带来的杂质或副产物，如H2S、H2O、CO、CO2、NH3、甲醛、甲酸或轻烃组分等，这些杂质的存在在不同程度上会影响燃料电池的使用性能和寿命。为保证氢燃料电池汽车的高性能、长周期使用，必须保障FCV用氢气的品质。

目前，ISO 14687-2:2012、SAE J2719:2015和GB/T 37244—2018 等国际或国内标准对FCV 用氢气中的杂质含量限值要求如表1所示。

表1 各标准对氢燃料中的杂质限量要求

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注：当甲烷浓度超过2μmol/mol时，甲烷、氮气和氩气浓度不超过100μmol/mol。

结合表1可以看出，除SAE J2719:2015中对非氢杂质总量要求稍有区别外，各标准提供的FCV用氢的指标要求基本一致。大部分杂质的含量限值均在10-6（摩尔分数）级别，硫化物、HCHO、卤化物甚至达到10-9（摩尔分数）超痕量级别，表明这些杂质的存在对燃料电池的性能产生不利的影响。为保障对痕量杂质的可靠检测，对分析方法的灵敏度以及分析系统、采样系统都提出很高的技术要求。

目前氢气中各杂质分析以离线技术为主、集成度低、实施性差等问题，提出需自主设计多种关键杂质组分同时分析的集成联用方法， 构建满足FCV用氢气品质保证的完整分析监测体系以及未来应主要向在线分析技术方向发展。

责任编辑：展源

审　　核：何发

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FCV用氢气品质的指标要求

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