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6月26日至28日，2021年全球智能出行大會(huì)暨第二屆中國（南京）國際新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車展覽會(huì)（GIMC 2021）在南京舉行。會(huì)上，中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡稱大連化學(xué)物理研究所）研究員衣寶廉在題為《燃料電池車的現(xiàn)狀與遠(yuǎn)景》的報(bào)告中說，燃料電池汽車（FCV或FCEV）在綠色、動(dòng)力性、安全性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但未來需要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，關(guān)鍵是降低燃料電池汽車的成本和運(yùn)營成本。
對(duì)于如何降低成本，衣寶廉從燃料電池創(chuàng)新、制氫優(yōu)化、氫能儲(chǔ)運(yùn)等角度提出了三個(gè)“宣傳冊(cè)”。
FCV具有許多優(yōu)點(diǎn)和較高的安全性
FCV的主要?jiǎng)恿θ剂鲜菤淠堋癋CV與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車非常相似：FCV的氫瓶相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的油箱，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)，但傳統(tǒng)汽車的尾氣排放是污染物，而氫燃料電池汽車的尾氣排放是水。”衣寶廉認(rèn)為，與其他電動(dòng)汽車（混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車）相比，燃料電池汽車具有續(xù)航里程長、動(dòng)力性能高、燃油加注時(shí)間短、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。
他解釋說，由于燃料電池的比能量很高，可以達(dá)到0.5-1.0kwh/kg，特別適合重型卡車或公共汽車；同時(shí)，氫燃料電池汽車的續(xù)航里程、加氫時(shí)間和駕駛舒適性與燃料汽車相當(dāng)。另外，由于燃料電池車的電堆與氫罐分離，電堆不會(huì)爆炸，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性。
衣寶廉提到，人們已經(jīng)習(xí)慣用汽油作為燃料，但對(duì)氫作為燃料仍缺乏了解。事實(shí)上，氫氣的物理性質(zhì)使其在開放空間的應(yīng)用更加安全，氫氣的擴(kuò)散系數(shù)是汽油的12倍。利用氫氣易于檢測(cè)和快速擴(kuò)散的特點(diǎn)，在可能發(fā)生氫氣泄漏的地方安裝了氫氣傳感器。當(dāng)氫氣濃度高于5/1000時(shí)，聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)將自動(dòng)啟動(dòng)，以確保氫氣安全。”他說。
即使發(fā)生爆炸，氫氣的危險(xiǎn)性也較小。”當(dāng)發(fā)生爆炸時(shí)，氫燃料的密度遠(yuǎn)低于空氣的密度，因此它會(huì)迅速上升和擴(kuò)散，爆炸會(huì)發(fā)生在氣源上方；相比之下，汽油爆炸發(fā)生在燃料泄漏處，其危險(xiǎn)性遠(yuǎn)大于氫氣。數(shù)據(jù)顯示，在相同體積的氣體中，汽油的爆炸能量是氫氣的22倍。”
降低成本是“必須克服的困難”
氫燃料電池汽車優(yōu)勢(shì)明顯，但制約其發(fā)展的成本等因素也擺在桌面上：目前，不僅燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，加氫站建設(shè)成本、制氫成本和加氫成本居高不下。
衣寶廉列舉了一組數(shù)據(jù)：目前由于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，一輛車的價(jià)格是燃料車的2-3倍，是鋰離子電池車的1.5-2.0倍；加氫站建設(shè)成本1200-1500萬元；加氫站成本高導(dǎo)致加氫成本高，目前每公斤加氫成本高達(dá)60~80元。
“只有將加氫成本降低到每公斤30元以下，燃料電池車才能與燃油汽車競爭?！薄斑@些都是必須克服的困難，”他說
2020年4月，財(cái)政部發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范推廣的通知》（征求意見稿），重點(diǎn)支持珠三角、長三角等城市，京津冀及中部地區(qū)開展燃料電池產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用為期4年。值得注意的是，此次示范并非直接補(bǔ)貼。示范期間，中央財(cái)政將按照成果導(dǎo)向，對(duì)以FCV關(guān)鍵零部件核心技術(shù)為重點(diǎn)，采取科學(xué)有效措施降低各項(xiàng)成本的示范城市給予獎(jiǎng)勵(lì)。
降低成本提高效率的三個(gè)“錦囊”
為了降低燃料電池汽車的成本，我們應(yīng)該把重點(diǎn)放在燃料電池上。燃料電池的基本單元是單電池，又由電解質(zhì)膜、電催化劑、擴(kuò)散層等組成的膜電極組件（MEA）和雙極板組成。因此，降低成本的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)從膜電極組裝入手。
據(jù)衣寶廉介紹，大連化物所相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)電催化劑和質(zhì)子交換膜，提高M(jìn)EA的性能，探索MEA的批量生產(chǎn)技術(shù)，取得了一定的進(jìn)展。如他們制備的“超小型鉑銅合金催化劑”的質(zhì)量比活性是傳統(tǒng)鉑碳催化劑的3.8倍；通過優(yōu)化MEA催化層和氣體擴(kuò)散層的配方和工藝，提高了MEA的性能，減少了鉑的用量?；谶@些研究成果，他們開發(fā)了一系列不同功率、不同規(guī)格的燃料電池組，并在一些新能源汽車上進(jìn)行了試驗(yàn)。
“實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料和部件的國產(chǎn)化、量產(chǎn)化，同時(shí)提高電堆的比功率，可以大大降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，進(jìn)而降低燃料電池汽車的成本。”他說，應(yīng)根據(jù)電池組的工作條件和適當(dāng)?shù)墓ぷ鳁l件制定控制策略，以確保電池系統(tǒng)的可靠性和耐久性。
PCV成本的降低取決于電池，PCV加氫成本的降低取決于什么？衣寶廉給出的“錦囊”是為了優(yōu)化制氫來源和儲(chǔ)運(yùn)方式。
“制氫有三種方案：工業(yè)副產(chǎn)制氫、化石燃料制氫和可再生能源制氫。在這三種方法中，石油化工、焦化、氯堿合成氨、甲醇等工業(yè)副產(chǎn)氫潛力巨大，但這需要我們制定準(zhǔn)確的燃料電池有毒雜質(zhì)凈化方法，制定標(biāo)準(zhǔn)，明確檢測(cè)方法和儀器；同時(shí)，我們還需要開發(fā)利用化石燃料制氫的新方法，比如利用天然氣熱催化裂解制氫和固體碳，實(shí)現(xiàn)碳零排放。”最好的辦法是大力發(fā)展可再生能源生產(chǎn)氫氣?！?/span>
衣寶廉說，在我國僅四川、云南就有400多億千瓦時(shí)的棄水，三北地區(qū)棄風(fēng)電近500億千瓦時(shí)。西北五省平均棄光率為20%。如果利用廢棄的風(fēng)、水、光能進(jìn)行電解制氫，年產(chǎn)量可達(dá)300萬噸。
因此，他建議發(fā)展質(zhì)子交換膜（PEM），利用豐富的可再生能源電解水制氫，然后通過管網(wǎng)輸送氫氣。當(dāng)需要?dú)錃鈺r(shí)，當(dāng)氫氣濃度較高（如大于5%）時(shí)，可采用膜分離器從天然氣和氫氣混合物中提取純氫氣，當(dāng)氫氣濃度較低時(shí)，可提取等熱值的天然氣進(jìn)行重整制氫。這樣，加氫站的加氫成本可降低到每公斤30元以下，“可與燃料車競爭”。
據(jù)了解，大連化工研究院研制的PEM電解水技術(shù)已有20多年的歷史，且技術(shù)已日趨成熟。2020年，他們承擔(dān)了國網(wǎng)安徽省電力有限公司兆瓦級(jí)氫氣綜合利用站技術(shù)示范工程，利用PEM電解水制氫。
衣寶廉還為降低加氫站的建設(shè)成本提供了“錦囊”：“實(shí)現(xiàn)氫壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫瓶等的國產(chǎn)化和量產(chǎn)，建油、氫、電合建站，可以大大降低加氫站的建設(shè)成本?！?/span>
衣寶廉最后說：“基于上述‘錦囊’，我們可以先將對(duì)加氫站依賴度低的商用車商業(yè)化，待加氫站達(dá)到一定密度后，再對(duì)DCV乘用車進(jìn)行示范和商業(yè)化?！薄?/span>
