氫燃料電池汽車專(zhuan) 家衣寶廉

　　衣寶廉，中國工程院院士，原國家863《電動汽車重大專(zhuan) 項》專(zhuan) 家組成員和燃料電池發動機責任專(zhuan) 家，中國科學院大連化學物理研究所研究員，新源動力股份有限公司名譽董事長。

　　衣寶廉所在的中科院大連化物所是國內(nei) 最早開展燃料電池技術的科研機構，從(cong) 事燃料電池的研究和開發已有逾四十年的曆史。經過四十年多年特別是最近幾年的快速發展，大連化物所在燃料電池領域有了很好的技術積累和人才儲(chu) 備，是公認的國內(nei) 一流的燃料電池研發單位，並在國際同行中具有相當的地位。在長期的研發過程中，大連化物所形成了較完整的燃料電池和電解池知識產(chan) 權體(ti) 係，在催化劑、離子交換膜、膜電極、雙極板、電堆、燃料電池係統、檢測與(yu) 控製等方麵申報國家發明專(zhuan) 利200餘(yu) 項，形成了燃料電池自主知識產(chan) 權體(ti) 係。

　　經過四十多年的研究，衣寶廉院士越來越深刻地認識到，我國車用氫燃料電池產(chan) 業(ye) 化必須解決(jue) 的一係列問題需要更多人了解，為(wei) 此，他對betway最新网站詳細解釋了氫燃料電池的原理和曆史沿革，以及他的研發團隊的成果，並指出了燃料電池商業(ye) 化必須要解決(jue) 的技術問題。

　　氫燃料電池的原理

　　衣寶廉院士告訴betway最新网站，燃料電池之所以叫“電池”兩(liang) 個(ge) 字，因為(wei) 它的發電原理是電化學的，跟鋰電池、鋅錳幹電池是完全一樣的。它是用一張隔膜把一個(ge) 氧化還原反應分為(wei) 兩(liang) 部分，一部分發生氧化反應，一部分發生還原反應，就構成了一個(ge) 電池。

　　但是燃料電池的工作方式跟日常使用的幹電池是不一樣的，燃料電池是一個(ge) 能量轉化係統，它要供給氫氣、空氣，作為(wei) 電化學反應產(chan) 物的水要排出來，就跟傳(chuan) 統內(nei) 燃機一樣工作是要有汽油和空氣供給，要排出來二氧化碳，因此氫燃料電池的工作方式是內(nei) 燃機式的。氫燃料電池的一節工作電壓小於(yu) 1V(一般額定輸出電壓為(wei) 0.6-0.7V左右)，航天設備使用電壓一般為(wei) 28V，乘用車一般為(wei) 300V左右，大客車600V左右，為(wei) 了滿足實際應用需求，燃料電池需要成百、千節單電池串聯起來形成電堆，其中一致性是非常關(guan) 鍵的。

　　據衣寶廉院士介紹，從(cong) 國際上來看，氫燃料電池車到現在分三個(ge) 發展階段。

　　第一階段為(wei) 1990年到2005年。1990年美國能源署開始製訂氫能和燃料電池研發和示範項目，世界發達國家(地區)紛紛加緊氫能與(yu) 燃料電池的研發部署。當時人們(men) 對這項技術的攻關(guan) 難度理解不夠，以為(wei) 燃料電池車可能在1995年左右實現產(chan) 業(ye) 化，以至於(yu) 巴拉德公司股票漲到190多美元，實際上做出的三輛氫燃料電池車在試驗階段穩定運行很好，放在芝加哥上路運行不到一個(ge) 月全部垮掉，大家這才意識到燃料電池不適用於(yu) 汽車的工況。

　　第二個(ge) 階段是2005年到2012年。用了7年時間終於(yu) 解決(jue) 了燃料電池的工況適應性問題，燃料電池比功率達到了2kW/L，在零下30oC也能儲(chu) 存和啟動，基本上滿足了車用要求。

　　第三階段是2012年到現在，豐(feng) 田燃料電池比功率達到了3.1 kW/L,並在2014年12月15日宣布，“未來”氫燃料電池車實現商業(ye) 化，進入了商業(ye) 推廣階段，其後，本田與(yu) 現代也推出了燃料電池商業(ye) 化車。因此，從(cong) 商業(ye) 化角度，有人把2015年譽為(wei) 燃料電池汽車的元年。

　　據betway最新网站了解，當前國際氫燃料電池汽車的現狀為(wei) ：氫燃料電池汽車已經渡過技術開發階段，進入到市場導入階段。燃料電池發動機功率密度大幅提升，已經達到傳(chuan) 統內(nei) 燃機的水平;基於(yu) 70MPa儲(chu) 氫技術，續駛裏程達到傳(chuan) 統車水平(燃料填充<5min);燃料電池壽命滿足商用要求(5000hrs) ;低溫環境適應性提高，可適應-30℃氣候，車輛適用範圍達到傳(chuan) 統車水平 。通過技術進步降低成本、批量製造的開發、以及加氫站的建設成為(wei) 下一步研發重心;鉑用量的降低，特別是采用非鉑催化劑是長期而艱巨的任務

　　衣寶廉認為(wei) ，現在產(chan) 業(ye) 化的關(guan) 鍵問題是進一步建立生產(chan) 線、降低成本和加氫站的建設。這是目前全球燃料電池汽車發展的共同問題。從(cong) 燃料電池發動機來看，它現在可以做到跟內(nei) 燃機互換，就是體(ti) 積可以跟內(nei) 燃機進行互換。從(cong) 壽命來看，大巴車已經達到了1.8萬(wan) 小時，小車也超過了5千小時，功勞主要是采用了“電-電”混合方式，即二次電池與(yu) 燃料電池混合驅動策略，使燃料電池在相對平穩狀態工作，大幅提高了燃料電池的耐久性。

　　從(cong) 成本來看，目前如果按年產(chan) 50萬(wan) 輛計，燃料電池每千瓦成本大約是49美元，這個(ge) 價(jia) 格是可以接受的。業(ye) 內(nei) 有種看法是燃料電池汽車受鉑(Pt)資源的限製，現在氫燃料電池鉑用量國際先進水平能做到0.2g/kW，國內(nei) 目前水平是0.4g/kW左右，產(chan) 業(ye) 化的需求是要降低到小於(yu) 0.1g/kW。小於(yu) 0.1g/kW是什麽(me) 概念?據衣寶廉院士介紹，就是跟汽車尾氣淨化器用的貴金屬量相當，這是需要依靠技術進步逐步實現的。

　　衣寶廉院士透露，現在國際各大汽車公司競爭(zheng) 的技術水平都是在燃料電池小轎車上體(ti) 現，而小轎車對加氫站的數量依賴度較高，當加氫站不能夠達到像加油站那麽(me) 普及時，選擇大巴車、物流車或軌道交通車發展是比較實際的做法。也就是對加氫站依賴度越低，越容易首先實現燃料電池車產(chan) 業(ye) 化，不會(hui) 讓用戶產(chan) 生加氫焦慮。

　　衣寶廉說，從(cong) 全球發展來看，燃料電池車現在已經進入商業(ye) 化導入期，當下的焦點就是降低成本和加氫站的建設。燃料電池發動機從(cong) 性能、體(ti) 積上可以實現與(yu) 傳(chuan) 統內(nei) 燃機互換，低溫適應性可以達到-30℃，行駛裏程可以達到700公裏，一次加氫小於(yu) 5分鍾，跟燃油車效果完全是一樣的。隨著企業(ye) 界的參與(yu) ，產(chan) 品工藝的定型，批量生產(chan) 線的建立，以及關(guan) 鍵材料與(yu) 部件國產(chan) 化，相信燃料電池成本會(hui) 得到大幅度降低。此外，要加大力度推進加氫站的建設，目前，國內(nei) 一些能源公司、工業(ye) 副產(chan) 氫公司及地方政府對加氫站建設表現了極大的興(xing) 趣，紛紛製定規劃投入開發，開始從(cong) 事加氫站的建設，從(cong) 數量上逐漸滿足區域性加氫(如公交運營線、物流區等)需求。

　　國內(nei) 燃料電池汽車發展

　　據betway最新网站了解，國內(nei) 目前用於(yu) 示範的氫燃料電池汽車已達200餘(yu) 輛，累計運行裏程十餘(yu) 萬(wan) 公裏，雖然性能已經與(yu) 國際水平接近，但成本、耐久性等方麵亟待改善 。

　　據衣寶廉院士介紹，我國的氫燃料電池車已經進行了十幾年的研發，從(cong) “九五”開始，現在進入“十三五”，是第20個(ge) 年頭。

　　2008年北京奧運會(hui) 23輛車，其中3輛大巴，20輛轎車。2009年有16輛車到美國加州進行了試驗。2010年上海世博會(hui) ，一共是196輛燃料電池車參加了運營。燃料電池功率是50kW，鋰電池的功率是20kW，此外，還參加了新加坡的世青賽。北京奧運會(hui) 用的公交車在北京801路上進行了示範運行，燃料電池的功率是80kW。

　　在這之後，上汽進行了2014創新征程萬(wan) 裏行，燃料電池車、純電動車和插電式混合動力車三種車型參加了示範，燃料電池汽車在全國14個(ge) 省市自治區25個(ge) 城市運行，超越10000公裏，接受了沿海潮濕、高原極寒、南方濕熱、北方幹燥的考驗。客車方麵宇通推出了第三代燃料電池客車，氫燃料加注時間僅(jin) 需10分鍾，測試工況下續航裏程超過600公裏，尤其是成本下降了50%。此外，福田燃料電池客車也亮相北京奧運會(hui) 和上海世博會(hui) ，近年來技術又得到提升。近期，上海大通V80氫燃料電池版輕客，采用新源動力電堆驅動，最高車速可達120km/h。

　　國家公布的《中國製造2025》重點技術領域技術路線圖中，關(guan) 於(yu) betway在线官网汽車發展規劃裏麵提到，到2020年要實現燃料電池關(guan) 鍵材料批量化生產(chan) 的質量控製和保證能力;在2025之前，我國氫能汽車方麵的製氫、加氫等配套基礎設施基本完善，燃料電池汽車實現區域小規模運行。為(wei) 了推行氫能燃料電池汽車，國家出台了相應的補貼政策，同時國務院辦公廳提出：對符合國家技術標準且日加氫能力不少於(yu) 200公斤的新建燃料電池車加氫站每個(ge) 站獎勵400萬(wan) 元。相信沿著這個(ge) 目標，中國的氫燃料電池汽車，尤其是氫燃料電池客車必定會(hui) 有一個(ge) 大的發展機會(hui) 。

　　五大建議促氫燃料電池汽車產(chan) 業(ye) 化

　　針對中國氫燃料電池汽車發展問題，衣寶廉院士結合多年研發和實踐工作，著重講了他的五個(ge) 建議，分別是：

　　─，實現關(guan) 鍵材料的批量生產(chan) 。希望有誌於(yu) 燃料電池事業(ye) 的企業(ye) 家，投資建立燃料電池關(guan) 鍵材料與(yu) 部件的批量生產(chan) 線，實現燃料電池關(guan) 鍵材料與(yu) 部件的批量生產(chan) ，建立健全燃料電池的產(chan) 業(ye) 鏈。

　　二，提高燃料電池電堆和係統可靠性和耐久性。希望研究車用工況下燃料電池衰減機理的科研單位與(yu) 生產(chan) 電堆和電池係統的單位真誠合作，開發控製電堆衰減的實用方法，大幅度提高電堆與(yu) 電池係統的可靠性與(yu) 耐久性。

　　三，加快車用燃料電池係統用空壓機與(yu) 70MPa氫瓶的研發和加氫站建設。加大科研投入，聯合攻關(guan) ;空壓機也可采用引進技術，合資建廠。

　　四，加速轎車用燃料電池技術的開發。開發長壽命的薄金屬雙極板，大幅度提高燃料電池堆的重量比功率與(yu) 體(ti) 積比功率;開發有序化的納米薄層電極，大幅度降低電池的鉑用量和提高電池的工作電流密度;采用立體(ti) 化流場，減少傳(chuan) 質極化。

　　五，加強整車的示範運行與(yu) 安全實驗。擴大燃料電池電汽車示範運行。

　　針對國內(nei) 氫燃料電池汽車市場化上述五個(ge) 建議，衣寶廉院士詳細解釋如下：

　　第一是關(guan) 於(yu) 實現關(guan) 鍵材料的批量生產(chan) 。

　　目前，我們(men) 國產(chan) 發動機為(wei) 什麽(me) 比國外貴?其中一個(ge) 因素就是我們(men) 的材料都是進口，這些材料，包括催化劑、隔膜、碳紙等。其實這方麵國內(nei) 已經取得了一定的研發成果，如國內(nei) 的催化劑、複合膜、碳紙等從(cong) 技術水平上已經達到或超過國外商業(ye) 化產(chan) 品，急需產(chan) 業(ye) 界投入建立批量生產(chan) 線，實現國產(chan) 化。

　　第二是提高電堆與(yu) 係統的可靠性和耐用性。

　　現在中國的氫燃料電池車整體(ti) 而言其實不比德國的、美國的、日本的車差，但可靠性和耐用性還有待於(yu) 提高。所以我希望研究車載工況下燃料電池衰減機能的科研單位與(yu) 電堆生產(chan) 和電池係統的電池生產(chan) 單位真誠合作。

　　燃料電池係統的壽命不完全是由電堆決(jue) 定的，還依賴與(yu) 係統的配套，包括燃料供給、氧化劑供給、水熱管理和電控等等，係統內(nei) 部關(guan) 係搞不好，電堆在裏邊生活環境就不好。就像現在國人講養(yang) 生，首先是身體(ti) 基因，更重要的是生活環境、個(ge) 人保健等等一係列事情，電池的壽命也是一樣的。

　　我們(men) 大連化物所在燃料電池衰減機理及控製策略方麵已經開展了一些卓有成效的工作。研究表明采用限電位控製策略，可以顯著降低燃料電池啟動停車、怠速等過程引起的高電位的衰減。采用“電-電”混合策略，可以平緩燃料電池輸出功率的變化幅度，對延長燃料電池的壽命起到了決(jue) 定性的作用。此外，氫側(ce) 循環泵、MEA在線水監測等措施可以有效地改善陽極水管理，可以提高燃料電池耐久性。

　　第三是關(guan) 於(yu) 燃料電池係統用的空壓機與(yu) 70MPa氫瓶的研發及加氫站的建設。

     這是涉及到燃料電池示範運行的一個(ge) 大問題。希望我們(men) 國家能夠加大科研投入，聯合攻關(guan) 。鑒於(yu) 我國在燃料電池車載空壓機技術方麵比較薄弱，建議采用引進技術與(yu) 自主開發相結合，盡快推進。高壓氫瓶方麵，建議盡快建立70Mpa IV型瓶的法規標準，氫瓶成本還要進一步降低。加氫站方麵，盡管國家有補貼政策，但成本還是比較高，近期，可以根據燃料電池商用車或軌道交通車區域或固定線路運行的特點，建立區域性加氫站，滿足示範運行需求，隨著燃料電池汽車數量的增大，加氫站也會(hui) 逐步增多，這是市場發展的必然趨勢。

　　第四，就是加速轎車燃料電池的開發。

　　商用車看重的是可靠性和耐久性，對質量比功率和體(ti) 積比功率沒有太高的要求;轎車是各大汽車公司比拚的地方，因為(wei) 車輛內(nei) 空間有限，轎車要求重量比功率和體(ti) 積比功率較高。現在都要達到3kW/L以上。國內(nei) 我們(men) 大連化物所電堆體(ti) 積比功率已經達到了2.7kW/L，接近國際先進水平。還要在高活性催化劑、低Pt電極、有序化MEA、3D流場方麵做些研究工作。

　　第五就是加速燃料電池汽車示範及安全實驗。

　　最近聯合國環境開發署三期“促進中國燃料電池汽車商業(ye) 化發展”示範項目已經啟動，計劃在北京、上海、鄭州、佛山、鹽城5個(ge) 城市進行燃料電池汽車示範。此外，雲(yun) 浮等地方政府也在積極推動示範運行項目，這是個(ge) 好事，但還遠遠不夠，還要加大示範力度。

　　再就是安全性問題是老百姓比較關(guan) 注的事情。一聽說燃料電池帶高壓氫，大家都害怕。其實氫氣比較輕，它的擴散係數是汽油的22倍，氫氣漏出來以後很快就向上擴散了，不像汽油，漏出來以後就滯留在車的旁邊。汽油著火是圍繞車燒的，氫氣的火是在車輛上方的，所以氫氣在開放空間裏是非常安全的。但氫氣在封閉空間的安全性要引起足夠重視，如家用氫燃料電池車在車庫裏，這個(ge) 車庫要加氫傳(chuan) 感器，而且要加上通風裝置，以防發生危險。現階段建議載有氫燃料的車最好露天停放。

　　總之，目前我國政府非常重視betway在线官网汽車的發展，燃料電池汽車迎來了好的發展機遇。科研院所與(yu) 企業(ye) 界要聯合攻關(guan) ，繼續完善燃料電池技術鏈，發展燃料電池產(chan) 業(ye) 鏈，加快促進我國燃料電池汽車商業(ye) 化發展。