力爭(zhēng)2020年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化

　　2011年1月，豐田汽車公司、日產(chǎn)汽車公司和本田公司這3家汽車廠商與10家能源企業(yè)、共計(jì)13家公司發(fā)表了共同聲明。其內(nèi)容是，到2015年，在以4大城市圏(東京、名古屋、關(guān)西及福岡)為中心的日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)率先投放FCV量產(chǎn)車，建立大約100處燃料氫供給基礎(chǔ)設(shè)施，也就是加氫站。

　　這一階段的加氫站，可以說(shuō)依然處于實(shí)證實(shí)驗(yàn)水平。伊藤部長(zhǎng)稱，日本特殊陶業(yè)目前正以”2020年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化”為目標(biāo)進(jìn)行開發(fā)。這是因?yàn)椋摴菊J(rèn)為，F(xiàn)CV到那時(shí)將真正開始普及。另外，根據(jù)日本燃料電池實(shí)用化推進(jìn)協(xié)議會(huì)(FCCJ)2010年公布的藍(lán)圖，設(shè)想到2025年，日本國(guó)內(nèi)將有200萬(wàn)輛FCV，按照2000輛使用1處加氫站計(jì)算，共計(jì)將設(shè)置1000個(gè)加氫站。

　　日本特殊陶業(yè)制定了以”日特進(jìn)化論”為旗號(hào)的中期經(jīng)營(yíng)計(jì)劃。2010年～2012年的主題是”深化”，2013年～2015年的主題是”新化”，2016年～2018年的主題是”進(jìn)化”，力爭(zhēng)用9年時(shí)間，推動(dòng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)和新業(yè)務(wù)取得發(fā)展。繼發(fā)掘自己強(qiáng)項(xiàng)的3年”深化”后，從2013年度開始，進(jìn)入向新產(chǎn)品和新業(yè)務(wù)發(fā)起挑戰(zhàn)的3年”新化”階段。

　　新產(chǎn)品和新業(yè)務(wù)的重點(diǎn)領(lǐng)域?yàn)榄h(huán)境、能源及新一代汽車。對(duì)與這三個(gè)領(lǐng)域都相關(guān)的氫模塊也寄予厚望。

　　利用自主開發(fā)的催化劑一體化提高效率

　　加氫站大致分為現(xiàn)場(chǎng)型及場(chǎng)外型2種。前者是在加氫站對(duì)城市燃?xì)獾冗M(jìn)行重整、制造氫并進(jìn)行供應(yīng)。后者則是將在其他場(chǎng)所制造的氫運(yùn)到加氫站進(jìn)行供應(yīng)。例如，回收及精煉冶煉廠及化工廠等的副產(chǎn)氫并運(yùn)往加氫站。

　　日本特殊陶業(yè)開發(fā)的制氫模塊用于現(xiàn)場(chǎng)型加氫站。作為日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)的項(xiàng)目之一，日本特殊陶業(yè)一直在與日本東京燃?xì)夤竞献鬟M(jìn)行開發(fā)。該項(xiàng)目結(jié)束于今年3月，但兩家公司的共同開發(fā)仍在繼續(xù)。

制氫模塊(上)。除去右端接頭部分的長(zhǎng)度大約為30厘米。氫通過(guò)表面的分離膜抵達(dá)表面，流入安裝在外側(cè)的管道內(nèi)并被回收。下側(cè)為重整及分離工序概念圖。

　　該開發(fā)項(xiàng)目的目的在于開發(fā)出新方式，與原有方式相比，使裝置實(shí)現(xiàn)小型輕量化，并降低制造成本，以及提高能源效率。

　　在原有方式中，對(duì)城市燃?xì)獾冗M(jìn)行重整以獲得氫的裝置與從中分離并提取氫的裝置等是分開的，因而難以實(shí)現(xiàn)裝置的小型輕量化，也不利于降低制造成本。

　　因此，日本特殊陶業(yè)開發(fā)出了在反應(yīng)管內(nèi)形成氫分離膜，向其中填充粒狀重整催化劑的方式。與原有方式相比，更有利于實(shí)現(xiàn)小型輕量化及降低成本。而且可將重整溫度從原來(lái)的700℃～800℃，降至500℃～550℃，低了200℃以上，能源效率得到大幅提高。

　　不過(guò)，這個(gè)方式也存在問(wèn)題。粒狀重整催化劑會(huì)因受氫分離膜影響等原因而性能下降，無(wú)法得到較高的耐久性。

　　于是日本特殊陶業(yè)對(duì)該方式進(jìn)行改良，開發(fā)出了新方式。使重整催化劑與氫分離膜實(shí)現(xiàn)了一體化。使用鈀(Pd)與銀(Ag)的合金在管狀多孔陶瓷支撐體的表面形成氫分離膜(下方照片及圖)。并在多孔陶瓷上復(fù)合了重整催化劑鎳(Ni)。

　　充分利用異質(zhì)材料接合的知識(shí)

　　陶瓷的材質(zhì)使用了釔(Y)和鋯(Zr)的復(fù)合氧化物————釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)。這也是用于固體電解質(zhì)型燃料電池電解質(zhì)及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器等的陶瓷材料。

　　不過(guò)，即使采用這種新方式，要實(shí)現(xiàn)出色的耐久性，也存在幾個(gè)課題。

　　其中之一就是氫分離膜的氣泡及剝離(上圖照片)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研發(fā)人員提高了氫分離膜與多孔陶瓷支撐體的粘著力。具體而言，就是擴(kuò)大多孔陶瓷表面的細(xì)孔等，使電鍍于表面的氫分離膜深入細(xì)孔內(nèi)。這樣一來(lái)，膜的粘著力得到提高，氣泡及剝離問(wèn)題得到解決。

　　另一個(gè)問(wèn)題在于，原料燃?xì)鈺?huì)從模塊本身與不銹鋼接頭的接合部分泄漏出來(lái)(上圖)。這是因?yàn)椋皇褂貌ＡЮw維密封材料并不能得到足夠的密封性，因此研發(fā)人員采用了雙重設(shè)計(jì)，在其中夾上玻璃，提高了密封性。多孔支撐體的強(qiáng)度不足，無(wú)法牢牢固定接頭，這也是一個(gè)原因。因此，研發(fā)人員將模塊本身的末端改為沒(méi)有細(xì)孔的細(xì)密陶瓷，提高了強(qiáng)度。

　　在解決這些問(wèn)題時(shí)，日本特殊陶業(yè)充分利用了其通過(guò)汽車部件領(lǐng)域不斷加以”深化”的核心技術(shù)。通過(guò)扎扎實(shí)實(shí)逐一解決每個(gè)問(wèn)題，在今年3月底項(xiàng)目結(jié)束之前，日本特殊陶業(yè)終于解決了實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的基本課題。通過(guò)重整城市燃?xì)?/strong>獲得的氫純度超過(guò)99.99%的目標(biāo)數(shù)值，達(dá)到了99.999%。在8000個(gè)小時(shí)的連續(xù)重整實(shí)驗(yàn)中，所取得氫的純度也沒(méi)有下降，證實(shí)制氫模塊具備很高的耐久性。