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中國工程院院士衣寶廉:預(yù)計國內(nèi)明年將建成100座左右加氫站

張家口有74輛燃料電池車正在示范運行,還有99輛福田車和25輛宇通12米的大巴車,已經(jīng)開始示范運行,張家口在中國算是比較寒冷的地區(qū),運行結(jié)果證明,在寒冷條件下,燃料電池車只要解決了啟動問題,還是比鋰電池車優(yōu)越的,因為燃料電池車工作起來,它的溫度就是你設(shè)定的工作溫度,不像鋰離子電池受環(huán)境的影響比較大。

宇通已經(jīng)開發(fā)了三代燃料電池車,最主要的證明,就是證明在開空調(diào)的條件下百公里要消耗0.8公斤左右的氫,除了在張家口以外,鄭州也開始示范運行。我們國鴻氫能已經(jīng)能夠做30千瓦—80千瓦的燃料電池電堆,適合裝大巴車,它在云浮市有70輛燃料電池車投入運行,佛山也搞了首輛輕軌車目前已經(jīng)下線,現(xiàn)在德國要搞輕軌運輸車,這是很好的發(fā)展方向。

現(xiàn)在中國已經(jīng)建設(shè)了10座左右的加氫站,明年預(yù)計達到100座左右,運行最頻繁的城市是張家口、云浮和上海,這些城市加氫量最多。

萬鋼在2017年未來出行上?茀f(xié)年會上指出,氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上基本達到了車輛使用要求,中國初步掌握了相關(guān)的核心技術(shù),基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池動力系統(tǒng)技術(shù)平臺,未來主要在于加強協(xié)同創(chuàng)新,加快推進燃料電池產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。

從國內(nèi)來看,我們已經(jīng)掌握了燃料電池的核心技術(shù),并經(jīng)過了大量的示范運行,積累了豐富經(jīng)驗,具備了進行大規(guī)模示范運行的條件。我們現(xiàn)在要盡快實現(xiàn)關(guān)鍵材料、電催化劑、質(zhì)子交換膜、膜電極三合一、雙極板等批量生產(chǎn),為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎(chǔ)。要提高電堆的比功率,降低電堆成本和Pt用量。進一步提高電堆系統(tǒng)的可靠性和耐久性。

從國際上來看,燃料電池車已經(jīng)達到了四缸內(nèi)燃機的體積水平,上次海口會,本田宣布已經(jīng)達到了六缸內(nèi)燃機的水平,功率密度達到每立升3千瓦。我們國內(nèi)裝車的電堆現(xiàn)在大概都在每立升2千瓦左右,就是V80、榮威750和榮威950用的都是在這個數(shù)量級,所以我們輸出功率電堆比國外還是低1/3左右。

要想降低燃料電池發(fā)動機的成本,特別是電堆成本,就要提高單電池,首先要研究提高單電池的比功率,就是降低化學(xué)極化、歐姆極化和傳質(zhì)極化。

要降低化學(xué)極化,主要靠做高效的電催化劑,現(xiàn)在國際上的通用是搞鉑合金催化劑,核殼催化劑有三種辦法來制備。同時我們要采用鉑增強的混合膜,降低歐姆極化。通過增強膜就可以減播,另外通過過氧化物,可以減少膜的化學(xué)腐蝕。另外要采用新型流場,降低傳質(zhì)極化。像豐田,把二維流場改為三維流場以后,傳質(zhì)極化就大幅度下降,這樣密度就可以提高到幾個安培每平方厘米。

單池性能提高以后,現(xiàn)在國內(nèi)在實驗室里面單池研究已經(jīng)達到了每平方厘米1安培的時候在0.7V以上,每平方厘米2安培在0.6V以上,我們正在向2.5安培進軍。雙堆可能每立方厘米1安培,以后要發(fā)展到2、2.5安培,這樣我們電堆水平就可以達到豐田的水平以至于超過豐田的水平。

從電堆角度來看,流場阻力越大電堆的一致性越好,但是空壓機內(nèi)耗會增加。我們要研究低內(nèi)耗的空壓機,才能保證電堆的高功率密度輸出。另外要提高雙極板制備的一致性,特別是平整度,不管是金屬板還是石墨板,它的平整決定電堆一致性是關(guān)鍵因素。

從電極制備來看目前共有三代,開始都是做噴涂電機,后來是CCM,現(xiàn)在裝機用的電堆主要是第二代電極,第二代電極的批量生產(chǎn)技術(shù)也需要攻克,因為現(xiàn)在的噴涂技術(shù)不適合于幾百萬輛車的生產(chǎn)。

隨著關(guān)鍵材料的進步,保護措施可以逐漸下降。舉個例子,如果我們做電催化劑要能抗1.6V的高壓不氧化,碳載體也不氧化,啟動、停車就沒有必要解決開路氧化問題,所以現(xiàn)在材料還跟不上去,國際上看也沒有做到,燃料電池的壽命是電堆和系統(tǒng)雙方配合的結(jié)果,而不是電堆自己的努力,要兩方面結(jié)合起來。所以也要加強電堆部分、系統(tǒng)部分關(guān)鍵部件的研發(fā)。所以我建議:

第一,盡快要完善燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈,建立擴散層碳紙生產(chǎn)線。大家都在說,產(chǎn)業(yè)鏈基本配全了,我認為這種小的像碳紙擴散層一定要建立生產(chǎn)線。我們現(xiàn)在把注意力都集中在膜和雙極板上了。另外要發(fā)展空壓機和氫氣循環(huán)泵。

第二,要提高電堆的工作電流密度,提高電堆的體積和重量比功率,降低電堆的成本,為開發(fā)乘用車奠定基礎(chǔ)。因為乘用車一般希望把燃料的電堆和控制部分都放在前面內(nèi)燃機、發(fā)動機這個部位。

第三,要深入研發(fā)電堆的衰減機理,開發(fā)抗腐蝕、穩(wěn)定的新材料,大幅度提高發(fā)動機的可靠性和耐久性。所以可靠性和耐久性是靠系統(tǒng)和電堆共同來決定的,電堆進步了系統(tǒng)就可以簡化,所以電堆和系統(tǒng)要相互配合,通過關(guān)鍵材料的進步來簡化電堆系統(tǒng)。

第四,開展超低鉑和非鉑電催化劑的理論和應(yīng)用研究,進一步把電池的鉑用量降低到每千瓦小于0.1克,這是國際上燃料電池的基本要求。

第五,建立關(guān)鍵部件,電堆和電池系統(tǒng)的測試,與耐久性快速評價方法,這是現(xiàn)在燃料電池標(biāo)委會正在做的一件事情,因為大家都說我是世界第一,到底是不是第一我們要有一個中立機構(gòu)進行評選,我們要盡快建立中立性的檢測機構(gòu),它本身不做燃料電池開發(fā)、也不做系統(tǒng)、也不做電堆,但是有一個檢測機構(gòu),這樣對推進我們?nèi)剂想姵丶夹g(shù)的進步,趕上世界水平會有重大作用。

我希望燃料電池車盡快實現(xiàn)商業(yè)化的S型曲線的上升階段,到一定程度我們能甩開補貼,也能夠盈利,現(xiàn)在有人預(yù)計,燃料電池車從關(guān)鍵材料講,只要鉑用量降下來了,比鋰電池可能成本還要低,因為只有鉑是貴的,所以如果把鉑做出來了,其他東西都是鋼鐵和有機的東西,完全可以降低成本,所以有跟鋰電池和燃油車競爭的基礎(chǔ),但要靠我們技術(shù)人員的共同努力。

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