中国工程院院士衣宝廉：预计国内明年将建成100座左右加氢站

[ 亿欧导读 ] 从国际上看，燃料电池已经进入了市场导入阶段，现在问题是没有大批量的生产线、成本比较高，受加氢站的制约，从电堆、燃料电池角度，最主要的任务是降低Pt用量，降低催化剂燃料电池的成本。

图片来自“亿欧网”

1月11日~1月13日，以“汽车革命与交通、能源、城市协同发展”为主题的中国电动汽车百人会论坛（2019）在北京钓鱼台国宾馆举行。本届论坛围绕汽车零排放和电动化变革、能源转化及传统能源公司转型、未来交通和出行变革图景、下一代汽车关键技术发展、汽车智能化和网联化趋势、核心供应链培育、汽车生产组织方式变革、国际创新对接、产业政策调整等热点问题进行研讨。

在本届峰会上，中国工程院院士衣宝廉发表了主题为《车用燃料电池技术》的演讲。其主要观点如下：

1.从电堆角度来看，现在的核心问题是提高功率电流密度和比功率；

2.燃料电池的工作方式是内燃机，燃料电池只是能量转化的场所，因此它的燃料是储存在储罐当中，所以燃料电池比较安全；

3.从国际上看，燃料电池已经进入了市场导入阶段，现在问题是没有大批量的生产线、成本比较高，受加氢站的制约，从电堆、燃料电池角度，最主要的任务是降低Pt用量，降低催化剂燃料电池的成本；

4.尽快实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、膜电极三合一、双极板等批量生产问题，为降低电堆成本和提高电堆一致性奠定基础。

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以下是其演讲实录：

尊敬的欧阳院士，各位领导、同行，上午好！我今天讲的题目是“车用燃料电池技术”，我认为我们中国的车用燃料电池技术要降低成本，在国际上有竞争力。从电堆角度来看，现在的核心问题是提高功率电流密度和比功率。

燃料电池的原理是电化学，跟锂离子电池完全一样，但是燃料电池因为发电原理是电化学，所以效率比较高，一般来说在车用是60%左右。

燃料电池的工作方式是内燃机，跟内燃机完全一样，燃料电池只是能量转化的场所，因此它的燃料是储存在储罐当中，所以燃料电池比较安全。我搞了一辈子燃料电池，从来没有发生过燃烧和爆炸的事故，一旦电堆出事情，只要把氢气切断电堆就安全了，所以燃料电池的工作方式是内燃机的，它的安全性比锂离子电池高。

燃料电池在车上用，即代替了内燃机，目前燃料电池都是低电压、大电流工作，所以通过DC/DC升压，电电混合，这是中国“863”万部长、欧阳他们提出来的，现在在国际内通用。如果要搞增程式，就避免不了锂离子电池爆炸的危险，采用电电混合，可以用超电容或者镍氢电池，所以燃料电池车比较安全。跟内燃机相比，油箱用氢瓶代替，内燃机是燃料电池发动机，排放物仅仅是水。燃料电池车跟电动车和插电式混合动力来比，它适合于大功率、长路程的运输，适用于公交车和重载车等交通工具。

到2017年中国有了两千多辆燃料电池车，昨天的报告说，2018年有1500多辆，所以我们现在能有2400多辆燃料电池车在运行，要赶上美国了。国际电池现状，2014年12月15日，丰田宣布开始销售，同时专利开始无偿使用，所以这对燃料电池发展有重大意义。

由于燃料电池乘用车受加氢站的限制，所以丰田跟日野合作做了燃料电池大巴，准备作为奥运会的通勤车。最近，丰田又开始跟美国的肯沃斯合作开发重载车，准备在美国的加州运行10辆，这是燃料电池车能够代替柴油车的一个重点方向。

从国际上看，燃料电池已经进入了市场导入阶段，发动机的功率大幅度提升，用70MPa气瓶已经可以跑500公里以上，负30度以上，基本上满足了要求，现在问题是没有大批量的生产线、成本比较高，受加氢站的制约，所以将来从电堆、燃料电池角度，最主要的任务还是降低Pt用量，降低催化剂燃料电池的成本。

从国内来看，从2007年一直到2010年的世博会，我们进行了大量的燃料电池车运行。世博会之后上汽又搞了创新征程，证明电动车适应中国的增程环境。

今年开始我们成立了氢能和燃料电池联盟，从资助任务上，我们在“十三五”期间资助了8.27亿元的费用，包括两个重大项目：一个是低成本的燃料电池堆及关键材料的技术研究与工程开发；另一个是潍柴的任务。

现在来看，在2018年，我国已经有57家企业、共86个车型入选，其中亿华通有23款、广东国鸿有20款。各个城市、省市开始行动起来，领头的是上海，上海准备有400—500辆商用车进行示范运行，规划建立三个平台，动力系统及零部件研发平台、氢能产业公共服务平台、燃料电池车运营保养中心。上海大通V80是世界上可以公开出售的第4个车型，轻型客车，售价为30万元。辽宁省新宾县买了60辆，已经开始示范运行。上汽也开发了荣威950，也已经公开出售。亿华通跟神力合作已经研制了3种类型的燃料电池发动机，都在装车示范运行。

张家口有74辆燃料电池车正在示范运行，还有99辆福田车和25辆宇通12米的大巴车，已经开始示范运行，张家口在中国算是比较寒冷的地区，运行结果证明，在寒冷条件下，燃料电池车只要解决了启动问题，还是比锂电池车优越的，因为燃料电池车工作起来，它的温度就是你设定的工作温度，不像锂离子电池受环境的影响比较大。

宇通已经开发了三代燃料电池车，最主要的证明，就是证明在开空调的条件下百公里要消耗0.8公斤左右的氢，除了在张家口以外，郑州也开始示范运行。我们国鸿氢能已经能够做30千瓦—80千瓦的燃料电池电堆，适合装大巴车，它在云浮市有70辆燃料电池车投入运行，佛山也搞了首辆轻轨车目前已经下线，现在德国要搞轻轨运输车，这是很好的发展方向。

现在中国已经建设了10座左右的加氢站，明年预计达到100座左右，运行最频繁的城市是张家口、云浮和上海，这些城市加氢量最多。

万钢在2017年未来出行上海科协年会上指出，氢燃料电池在寿命、可靠性、适用性上基本达到了车辆使用要求，中国初步掌握了相关的核心技术，基本建立了具有自主知识产权的燃料电池动力系统技术平台，未来主要在于加强协同创新，加快推进燃料电池产业的全面发展。

从国内来看，我们已经掌握了燃料电池的核心技术，并经过了大量的示范运行，积累了丰富经验，具备了进行大规模示范运行的条件。我们现在要尽快实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、膜电极三合一、双极板等批量生产，为降低电堆成本和提高电堆一致性奠定基础。要提高电堆的比功率，降低电堆成本和Pt用量。进一步提高电堆系统的可靠性和耐久性。

从国际上来看，燃料电池车已经达到了四缸内燃机的体积水平，上次海口会，本田宣布已经达到了六缸内燃机的水平，功率密度达到每立升3千瓦。我们国内装车的电堆现在大概都在每立升2千瓦左右，就是V80、荣威750和荣威950用的都是在这个数量级，所以我们输出功率电堆比国外还是低1/3左右。

要想降低燃料电池发动机的成本，特别是电堆成本，就要提高单电池，首先要研究提高单电池的比功率，就是降低化学极化、欧姆极化和传质极化。

要降低化学极化，主要靠做高效的电催化剂，现在国际上的通用是搞铂合金催化剂，核壳催化剂有三种办法来制备。同时我们要采用铂增强的混合膜，降低欧姆极化。通过增强膜就可以减播，另外通过过氧化物，可以减少膜的化学腐蚀。另外要采用新型流场，降低传质极化。像丰田，把二维流场改为三维流场以后，传质极化就大幅度下降，这样密度就可以提高到几个安培每平方厘米。

单池性能提高以后，现在国内在实验室里面单池研究已经达到了每平方厘米1安培的时候在0.7V以上，每平方厘米2安培在0.6V以上，我们正在向2.5安培进军。双堆可能每立方厘米1安培，以后要发展到2、2.5安培，这样我们电堆水平就可以达到丰田的水平以至于超过丰田的水平。

从电堆角度来看，流场阻力越大电堆的一致性越好，但是空压机内耗会增加。我们要研究低内耗的空压机，才能保证电堆的高功率密度输出。另外要提高双极板制备的一致性，特别是平整度，不管是金属板还是石墨板，它的平整决定电堆一致性是关键因素。

从电极制备来看目前共有三代，开始都是做喷涂电机，后来是CCM，现在装机用的电堆主要是第二代电极，第二代电极的批量生产技术也需要攻克，因为现在的喷涂技术不适合于几百万辆车的生产。

随着关键材料的进步，保护措施可以逐渐下降。举个例子，如果我们做电催化剂要能抗1.6V的高压不氧化，碳载体也不氧化，启动、停车就没有必要解决开路氧化问题，所以现在材料还跟不上去，国际上看也没有做到，燃料电池的寿命是电堆和系统双方配合的结果，而不是电堆自己的努力，要两方面结合起来。所以也要加强电堆部分、系统部分关键部件的研发。所以我建议：

第一，尽快要完善燃料电池的产业链，建立扩散层碳纸生产线。大家都在说，产业链基本配全了，我认为这种小的像碳纸扩散层一定要建立生产线。我们现在把注意力都集中在膜和双极板上了。另外要发展空压机和氢气循环泵。

第二，要提高电堆的工作电流密度，提高电堆的体积和重量比功率，降低电堆的成本，为开发乘用车奠定基础。因为乘用车一般希望把燃料的电堆和控制部分都放在前面内燃机、发动机这个部位。

第三，要深入研发电堆的衰减机理，开发抗腐蚀、稳定的新材料，大幅度提高发动机的可靠性和耐久性。所以可靠性和耐久性是靠系统和电堆共同来决定的，电堆进步了系统就可以简化，所以电堆和系统要相互配合，通过关键材料的进步来简化电堆系统。

第四，开展超低铂和非铂电催化剂的理论和应用研究，进一步把电池的铂用量降低到每千瓦小于0.1克，这是国际上燃料电池的基本要求。

第五，建立关键部件，电堆和电池系统的测试，与耐久性快速评价方法，这是现在燃料电池标委会正在做的一件事情，因为大家都说我是世界第一，到底是不是第一我们要有一个中立机构进行评选，我们要尽快建立中立性的检测机构，它本身不做燃料电池开发、也不做系统、也不做电堆，但是有一个检测机构，这样对推进我们燃料电池技术的进步，赶上世界水平会有重大作用。

我希望燃料电池车尽快实现商业化的S型曲线的上升阶段，到一定程度我们能甩开补贴，也能够盈利，现在有人预计，燃料电池车从关键材料讲，只要铂用量降下来了，比锂电池可能成本还要低，因为只有铂是贵的，所以如果把铂做出来了，其他东西都是钢铁和有机的东西，完全可以降低成本，所以有跟锂电池和燃油车竞争的基础，但要靠我们技术人员的共同努力。衣宝廉

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