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美国能源部投入7.5亿美元支持发展清洁氢能

信息来源:先进能源科技战略情报研究中心 发布时间:2024-06-07 浏览量:64

3月13日,美国能源部(DOE)宣布根据《两党基础设施法案》拨款,投入7.5亿美元支持52个清洁氢能技术开发及制造项目,旨在加速发展本国清洁氢能供应链,助力实现氢能的大规模部署

资助详情如下:

1、低成本、高通量电解槽制造

该主题领域将投入3.16亿美元支持8个项目,重点开展如下研发:新型制造工艺(如自动化制造)实现更大的规模经济;可加工性和放大设计;保持电解槽性能和耐用性的质量控制方法;减少关键矿物载量;报废回收和可回收性设计。具体资助项目包括:

①电解槽低成本制造,该项目将开发镍基电解槽卷对卷自造概念,实现高性能先进的液体碱性电解槽设计和制造,达到吉瓦级制造能力。

②质子交换膜电解槽全自动制造工艺开发,将实现更高产量和材料效率,同时还将开发一种可通过自动化制造实现的新型先进电解槽设计,实现吉瓦级制造

③吉瓦级电解槽组建制造和电堆组装,该项目将把质子交换膜电解槽的制造规模扩大到数吉瓦规模,实现膜电极组件制造和电堆组装的自动化,并通过机器学习实现自动检查,以加速工厂验收测试。

④下一代质子交换膜电解槽电堆制造工艺的开发和试点示范,将利用其他行业的创新制造工艺来提高产量并降低成本,实现新型高性能电解槽的吉瓦级制造。

⑤新型多层膜电极组件设计开发,将实现简化的自动化制造工艺,减少材料用量并提高质量和产量,实现低成本吉瓦级规模制造。

⑥固体氧化物电解槽低成本高产量制造,该项目将通过流程自动化扩大固体氧化物电解槽的制造规模,降低电堆成本,通过在线质量检测提高产品产量并进一步降低成本。

⑦高温电解槽制造技术放大及示范,将开发固体氧化物电解槽自动化制造工艺,提高产量并降低成本,重新利用现有窑炉设备以减少对热处理设备的投资。⑧创新自动化制造技术的开发和示范,将使商用液体碱性电解槽的吉瓦级规模制造能够满足美国能源部性能目标。

2、电解槽组件和供应链开发该主题领域将投入8100万美元支持10个项目,重点支持美国本土供应链关键电解槽组件(包括催化剂、膜和多孔传输层)的制造和开发需求。

具体资助项目包括:

①开发和扩大经验证的先进液体碱性电解槽设计,该设计可满足美国能源部的性能目标,同时使用低成本组件。组件将设计为可用于吉瓦级制造和组装,同时缩小电解槽尺寸。

②质子交换膜电解槽的先进多孔传输层设计和制造,该项目将开发用于质子交换膜电解槽多孔传输层的非铂族金属涂层,示范商业化潜力。

③稳定、无孔阴离子交换膜的工艺扩大,将改进制造工艺以扩大先进碱性交换膜制造规模,并在碱性电解槽电堆中进行示范。

④用于质子交换膜电解槽的耐用高性能膜,该项目将开发一种低电阻全氟磺酸隔膜(Nafion膜),并示范质子交换膜电解槽电堆的耐用性。

⑤具有先进多孔传输层的高通量阳极,该项目将开发一种用于质子交换膜电解槽高通量制造的组合式阳极,采用新型微膨胀多孔传输层以提高性能。

⑥微波增强和窑炉设计实现固体氧化物电解槽快速、节能且经济高效的热处理,该项目将开发一种微波辅助加热工艺,用于连续烧结固体氧化物电解槽,可比传统制造方法减少加工时间并节省能源,从而降低制造成本。

⑦用于液体碱性电解槽的纳米纤维分离器,该项目将开发和生产一种使用纳米纤维技术的液体碱性电解槽新型隔膜,使用低成本材料实现电解槽的高效和持久运行。

⑧质子交换膜电解槽析氧反应催化剂的放大和验证,该项目将为质子交换膜电解槽开发新型催化剂材料,以减少铱的使用,包括增加表面积、优化晶体结构以及使用其他载体材料等。

⑨多孔传输层非贵金属涂层开发,将开发新型低成本涂层以提高导电性并延长使用寿命,从而提高电解槽的整体性能,还将关注工艺可扩展性以推进短期内商业化。

⑩用于高性能固体氧化物电解槽连续制造的超快高温烧结工艺,该烧结技术能够实现精确且可编程的温度分布,以控制电解槽内的成分、界面和结构,解决传统制造工艺中长时间热处理相关的技术瓶颈。

3、先进技术和组件开发

该主题领域将投入7200万美元支持18个项目,重点示范满足性能、寿命和成本指标的电解槽的新型材料、组件和设计,以降低成本并减轻供应链风险。具体资助项目包括:

①加速低温离子传导固体氧化物电解槽的发现、设计和制造,该项目将通过创新的机器学习、增材制造和激光烧结方法,加速离子传导固体氧化物电解槽的材料发现、设计和制造,预计将显著缩短材料发现和测试的交互周期,并能够测试新型电解槽设计和配置。

②用于稳定、高性能、无支撑电解质的碱性交换膜电解槽先进电极,该项目将通过催化剂涂层和离聚物添加剂,提高碱性交换膜电解槽的电极耐用性。

③高性能、耐用型质子传导固体氧化物电解槽的先进材料,该项目将采用以前未应用于质子传导固体氧化物电解槽的新材料来增强电解槽性能和耐用性,以降低总成本和提高效率。

④用于缓解氢气渗透的先进质子交换膜,该项目将开发不使用全氟材料的质子交换膜,加入添加剂以实现电解槽的安全、加压运行。

⑤中温质子陶瓷电解槽的先进材料及运行条件,该项目将重点关注提高电解槽的性能效率,同时改进大面积管状电解槽的制造工艺,使其广泛适用于质子传导固体氧化物电解槽;

⑥有机阳离子增强薄膜力学性能,该项目将碱性稳定的有机阳离子纳入刚性聚合物主链中,开发新型碱性交换膜材料,并将在大型电解槽中进行测试,以提高膜耐用性,满足DOE性能目标。

⑦易于制造和界面工程的高效耐用质子传导固体氧化物电解槽开发,该项目将重点关注界面工程和优化,以提高质子传导固体氧化物电解槽的性能和耐用性。

⑧质子交换膜电解槽的耐用、高比功率析氧反应催化剂/电极,该项目将开发用于质子交换膜电解槽的低贵金属载量催化剂,以降低催化剂成本,同时保持性能和耐用性。

⑨阴离子交换膜电解槽的耐用低成本易制造组件,该项目将集成用于碱性交换膜电解槽的最先进组件,优化有前景的膜材料,并在大规模电解槽中进行测试,以验证DOE的目标。

⑩用于液体碱性电解槽的耐用超薄隔膜,该项目将为先进的液体碱性电解槽开发一种高性能隔膜,以实现DOE的成本和性能目标。

11用于质子交换膜电解槽的高性能全氟磺酸质子交换膜(PFSA),该项目将开发、优化和验证不含全氟材料的质子交换膜,侧重于提高膜的耐用性以实现高性能。

12基于工程二氧化铈电解质的高效耐用低温离子传导固体氧化物电解槽,该项目将开发高导电性和耐用的电解质和大型电解槽,并与低成本国产金属互连件配合,有可能降低离子传导固体氧化物电解槽的工作温度,提高电解槽/电堆的耐用性,并在不牺牲效率的情况下使用成本较低的钢合金来构建系统。

13固体氧化物电解槽高稳定性电极,该项目将开发离子导体固体氧化物电解槽,通过采用微观结构退化缓解策略、取消制造工艺中昂贵的阻挡层、优化材料和界面特性,超越DOE的目标。

14高可靠性、耐用的固体氧化物电解槽,该项目将通过计算研究和预测、电极表面改性和电解槽制造工艺优化,设计、验证和放大离子传导固体氧化物电解槽技术。

15用于高电流密度液体碱性电解槽的非铂族金属催化剂合成工艺,该项目将开发一种新型催化剂原位合成工艺,实现更高性能并最大限度减少未来电堆更换需求,从而显著降低系统成本。

16低成本阴离子交换膜电解槽技术开发,该项目将最先进的碱性交换膜用于膜电极组件,通过了解输运特性、扩大制造规模以及优化电极及其界面,优化性能和耐用性。研发活动将重点关注膜的机械稳定性,以实现加压运行。

17低温高效耐用质子传导固体氧化物电解槽的电极设计,该项目将通过解决高性能电解槽的主要基本障碍,同时增加尺寸和制造可扩展性,提高质子传导固体氧化物电解槽系统的技术成熟度,并在国家实验室进行独立电堆测试和验证。

18耐用型质子交换膜电解槽低铱载量催化剂的可扩展制造工艺,该项目将利用理论指导质子交换膜电解槽非贵金属催化剂载体的开发,从而在不牺牲性能和耐用性的情况下降低成本。

4、燃料电池组件和电堆的先进制造该主题领域将投入1.5亿美元支持5个项目,通过研发支持美国低成本燃料电池的高产量制造,使不同燃料电池制造商和供应商能够灵活解决面临的挑战,以扩大规模并实现规模经济。具体资助项目包括:

①质子交换膜电解槽电极组件制造及电堆自动化组装,巴拉德动力系统公司将实现每年2万个燃料电池堆的高产量制造,用于一系列固定式发电和交通应用。

②燃料电池电堆的高速制造,通用汽车将通过该项目使燃料电池产能增加2万个电堆/年,同时示范改进燃料电池的耐用性及重型车辆的性能。③燃料电池的高通量制造及电堆组装和最终测试,Plug Power公司将通过该项目示范其生产线的创新扩展方案,使燃料电池产能增加2万个电堆/年。

④面向北美市场的膜电极组件和电堆组装商业化,博世公司将通过该项目示范用于重型车辆的具有竞争力的燃料电池技术和先进制造方法,使燃料电池产能增加2万个电堆/年。

⑤重型车辆用质子交换膜燃料电池电堆组装和验收测试的集成自动化工艺,Nuvera燃料电池公司将通过该项目使重型车辆燃料电池产能增加2万个电堆/年。

5、燃料电池组件和电堆的先进制造该主题领域将投入8200万美元支持10个项目,通过研发解决国内燃料电池材料和组件供应链中的关键缺陷,并开发先进技术减少或消除对全氟烷基和多氟烷基材料的需求。具体资助项目包括:

①重型车辆燃料电池先进碳氢化合物质子交换离聚物和膜放大工艺及电极优化,该项目将开发创新的碳氢化合物膜来取代现有的氟材料,以减少燃料电池制造中的此类化学品用量。

②巴拉德下一代柔性石墨双极板生产线,该项目将开发创新的燃料电池组件制造工艺,减少双极板制造过程中的排放,能源消耗和用水量将减少90%。

③博世双极板批量生产工艺工业化,该项目将采用下一代制造技术来生产用于动力燃料电池的低成本金属双极板,并支持燃料电池堆的制造。④气体扩散层基板的垂直一体化制造工艺,该项目将扩大国内气体扩散层供应链,降低成本,为目前主要依赖进口零部件的市场提供有竞争力的产品。

⑤双极板高速生产系统,该项目将解决与扩大燃料电池碳基双极板生产规模相关的关键挑战。

⑥先进碳载铂/铂合金催化剂的批量生产和验证,该项目将在现有工艺基础上提升制造能力。

⑦碳氢聚合物电解质制造工艺,该项目将示范非氟化膜开发和商业化的路径,扩大规模以满足市场需求。

⑧非织造布燃料电池气体扩散层的制造工艺扩大,项目将建立新型气体扩散层制造供应链,其性能优于最先进的技术。

⑨中/重型车辆质子交换膜燃料电池金属催化剂新型碳载体的可扩展创新制造工艺,该项目将示范燃料电池催化剂中试规模生产的创新方法。⑩先进催化剂制造工艺,该项目将开发用于重型车辆燃料电池的先进催化剂制造工艺,示范满足DOE目标的制造能力。

6、回收和再循环联盟该主题领域将投入5000万美元建立一个由工业界、学术界和国家实验室组成的联盟,以开发创新和实用的回收技术方法,解决燃料电池和电解槽的报废和关键供应链挑战,实现清洁氢能材料和组件的回收、循环和再利用。该联盟将为整个行业制定回收蓝图,确保长期供应链安全和环境可持续性。(岳芳)