燃料电池进入商业化应用阶段――访中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉

电力18讯：

燃料电池进入商业化应用阶段

――访中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉

中国电力报 中电新闻网见习记者 白明琴 

　　编者按：10月13日，由中国国际贸易促进委员会机械行业分会、中国电工技术学会等联合主办，北京中汽四方会展有限公司承办的2016(第四届)中国国际节能环保型汽车展览会在北京国家会议中心举行。在此次展会上，燃料电池技术研究及应用成为与会嘉宾关注的焦点之一，各大汽车、动力电池企业展出的新能源汽车技术、产品也引起关注。

　　面对全球能源紧缺和环境污染的挑战，加快推进实现清洁低碳发展重要途径的氢能和燃料电池的研发应用，成为新能源汽车行业亟待攻克的难题。

　　目前，很多发达国家已经将燃料电池视为涉及国家安全的技术、国家支柱产业，列入了国家重点研究项目。

　　那么，当前的燃料电池技术及应用发展水平究竟如何？其推广应用面临哪些问题？我国燃料电池行业该如何破局发展？在此次展会上，本报记者就以上问题采访了我国燃料电池研究开拓者之一、中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所技术带头人衣宝廉。

　　　实现燃料电池产业化每千瓦铂用量需降至0.1克以下

　　中国电力报：燃料电池的特殊性和关键工艺是什么？其新能源汽车应用技术水平如何？

　　衣宝廉：与锂电池、锌锰干电池等相比，燃料电池的特殊性在于，其以电化学原理发电，以内燃机方式工作。确切地说，它　  是一个系统，电池只是能源转换的地方，通过供给氢气与空气，氢气和氧气在电池内部发生电化学反应，将化学能直接转换为电能，再把化学反应产生的废热和水排出来。

　　一节燃料电池的工作电压在1伏左右，而航天用、小汽车用、大巴用的工作电压约分别为28伏、300伏和600伏，这就需要最多把近1000节的燃料电池按压滤机方式组合起来应用。因此，同所有的二次电池一样，各节燃料电池的一致性问题是至关重要的。

　　当前，世界各大汽车公司都推出了燃料电池概念车，他们表面上是在较量燃料电池小轿车应用技术，实际上都在极力攻克燃料电池大巴、轻轨甚至是高铁应用技术，因为它们对加氢站的依赖低，而依赖越低越有利于燃料电池汽车的产业化。

　　目前，燃料电池功率密度已经达到内燃机水平，装备70兆巴氢瓶的燃料电池汽车可行驶700千米，加氢耗时小于5分钟。燃料电池大巴、轿车的寿命分别约达到1.8万小时和5000小时。

　　以当前的原料价格计算，生产50万辆燃料电池汽车的燃料电池价格约为49美元/千瓦。此前，业内有燃料电池发展受“铂”限制的说法。事实上，在国际上，燃料电池每千瓦的用铂量已经从1克降到0.2克，我国每千瓦的用铂量也降到了0.4克，但是，要实现其产业化，这一用量要降到0.1克以下。

　　应用进入商业化阶段生产线、成本、加氢站是关键

　　中国电力报：请结合我国燃料电池新能源汽车应用发展介绍，燃料电池应用市场发展面临哪些问题？

　　衣宝廉：我国最早在2007年上海比比登竞赛上，展示了自主生产的燃料电池汽　  车。在2008~2010年期间，先后有自主生产的23辆燃料电池汽车在奥运会期间试运行，自主生产的16辆燃料电池汽车在美国加州试运行，自主生产的1辆燃料电池大巴参加新加坡世青会，196辆燃料电池汽车在上海世博会期间示范运行。

　　上海世博会期间试运行的车辆包括了美国通用生产的30辆燃料电池轿车。通过对比运行情况发现，我国生产的燃料电池汽车的性能、可靠性不比通用的差，但其寿命不如通用的。

　　2014年，上汽集团推出了燃料电池汽车荣威950，并参加了创新征程―――2014新能源汽车万里行，运行效果良好。当前，宇通也推出了第三代燃料电池客车，福田在奥运会期间就做了燃料电池大巴，上海大通也发布了燃料电池汽车，中车目前在做的是用燃料电池给超级电容器充电的新能源汽车。

　　不过，对比全球燃料电池汽车发展历程来看，我国燃料电池的技术研发及应用水平，整体落后于国际水平。

　　当前，全球燃料电池汽车发展经历了3个阶段：1990~2005年，加拿大Ballard公司生产了3辆燃料电池大巴，在美国芝加哥试运行1个月之后全部垮掉，暴露出了燃料电池不适用于汽车工况的致命问题；2005~2012年，业界解决了燃料电池汽车工况适应性的问题，并将燃料电池性能提升到2千瓦/升，可在零下30摄氏度环境中正常启动，使燃料电池基本上满足了车用的要求；2012年至今，燃料电池汽车进入商业化导入阶段，2014年12月15日，丰田汽车宣布旗下的“未来”车开始商业化应用。

　　但是，截至目前，丰田汽车并没有建设批量生产线，1天仅能生产3辆燃料电池汽车。

　　因此，从国际市场来看，燃料电池汽车市场已经进入商业化导入阶段，但是，推动　  其商业化应用发展，关键还需要进一步建立生产线，降低成本，建设加氢站。

　　需实现关键材料配套生产进一步提升燃料电池寿命

　　中国电力报：就您看来，我国燃料电池及市场应用该如何破局发展？

　　衣宝廉：首先，实现关键材料的配套生产。催化剂、隔膜等关键配套材料在国外采购，导致我国燃料电池发动机价格比国外贵。我国已经掌握了先进的配套材料技术，但由于燃料电池生产未形成良性循环，企业不愿投资生产。

　　其次，提高电堆、电池系统的可靠性、耐久性。我国燃料电池汽车的初性能不比德国、日本等国家差，但可靠性、耐久性不如他们，希望研究工况下燃料电池衰减机理的科研单位与电堆、电池系统生产企业真诚合作，进一步提升燃料电池寿命。

　　再次，加快研发燃料电池系统用空压机、氢瓶，建设加氢站，并大幅度降低成本。

　　近20年来，我国空压机技术研究至今没有大的突破，建议采用引进、合资建厂的方式研发生产。我国的氢站建设取得了一定成果，但经济效益欠佳，建议协同发展燃料电池汽车和加氢站建设，例如，先发展燃料电池大巴，再发展燃料电池轻轨和高铁。目前，我国正在攻关70兆巴氢瓶技术。

　　第四，加速轿车用燃料电池开发，这是各大汽车公司比拼燃料电池应用技术的关键。燃料电池轿车的要求是重量比功率和体积比功率，在这一方面，我国还需要突破高性能低电阻、薄金属双极板制备技术和纳米薄膜有序化电极制备技术或3D流场技术。

　　第五，加速示范运行和安全试验。上海世博会后，我国燃料电池汽车示范运行基本处在停滞状态，今年启动的联合国环境开发署资助的大巴示范运行是一个好的开始。

 

王萍