2021年9月3日-5日，第十七屆中國汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（泰達）國際論壇（以下簡(jiǎn)稱(chēng)泰達汽車(chē)論壇）在天津市濱海新區召開(kāi)。本屆論壇圍繞“融合?創(chuàng )新?綠色”的年度主題，聚焦行業(yè)熱點(diǎn)話(huà)題展開(kāi)研討。

在9月5日“熱點(diǎn)聚焦：新示范政策引領(lǐng)下的燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化突破路徑”中，中國工程院院士衣寶廉發(fā)表了題為“燃料電池汽車(chē)現狀與愿景”的主旨演講。

以下為演講實(shí)錄：

各位領(lǐng)導和專(zhuān)家大家好，我的報告題目是燃料電池汽車(chē)現狀與愿景。

習主席在2020年9月22日宣布在七十五屆聯(lián)大會(huì )議上宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭在2030年達到高峰，努力爭取2060年實(shí)現碳中和。要實(shí)現30-60碳達峰碳中和，必須大力發(fā)展可再生能源，利用可再生能源電解水制備綠氫，即可實(shí)現儲能和可再生能源的再分配，還可實(shí)現難于脫碳領(lǐng)域如交通、冶金、建筑等領(lǐng)域的脫碳。

燃料電池汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化是氫能應用的突破口，我們要堅持自主創(chuàng )新，突破卡脖子技術(shù)，實(shí)現關(guān)鍵材料與部件的批量生產(chǎn)，大幅度降低燃料電池車(chē)、加氫站建設和氫源的成本，盡快實(shí)現燃料電池汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化。

燃料電池的發(fā)電原理是電化學(xué)，因此它的轉化效率比較高，可以達到60%左右，燃料電池主要是由電解質(zhì)膜、電催化劑、擴散層和雙極板等關(guān)鍵材料構成。燃料電池的工作方式是內燃機的，它要構成一個(gè)系統，燃料電池是發(fā)電的場(chǎng)所。這個(gè)系統是由燃料電池電堆、燃料供給系統、氧化劑供給系統、水液管理系統、電控系統來(lái)構成，因此燃料電池是比較安全的。如果燃料電池堆發(fā)生故障，只要把氫源切斷，不會(huì )產(chǎn)生燃燒和爆炸。另外，燃料電池比能量非常高，可以達到每公斤0.5~1千瓦每小時(shí)，因此它特別適合于重載車(chē)和長(cháng)途車(chē)。

把燃料電池發(fā)動(dòng)機裝到車(chē)上，我們用氫瓶來(lái)代替油箱，用燃料電池發(fā)動(dòng)機來(lái)代替內燃機，得到的好處就是沒(méi)有尾排，尾排僅僅是水。

燃料電池車(chē)的構型，燃料電池是由燃料電池發(fā)動(dòng)機來(lái)推動(dòng)的，那么燃料電池通過(guò)大電流、低電壓的發(fā)電設備，通過(guò)DC/DC來(lái)增壓，和二次電池進(jìn)行混合推動(dòng)電機，電機來(lái)推動(dòng)燃料電池車(chē)。燃料電池車(chē)特別適合長(cháng)途重載車(chē)。燃料電池的優(yōu)點(diǎn)一是能量比較高，另外電堆和氫罐是分開(kāi)的，因此比較安全。第三個(gè)燃料電池續駛里程，加氫時(shí)間駕駛的舒適型均可與燃油車(chē)艷美。

但是燃料電池要想產(chǎn)業(yè)化，必須攻克：一是目前燃料電池發(fā)動(dòng)機貴導致一輛燃料電池車(chē)的售價(jià)是燃油車(chē)的兩倍到三倍、鋰離子電池車(chē)的1.5到2倍。二是加氫站建設費用比較高，達到每個(gè)加氫站1200萬(wàn)元到1500萬(wàn)元，在加氫站加氫的費用比較高，達到60-80元，只有降到30元以下才能和燃油車(chē)競爭，因此要實(shí)現無(wú)補貼的燃料電池商業(yè)化，必須大幅度降低燃料電池發(fā)動(dòng)機的成本和氫氣成本，同時(shí)降低加氫站的建設費用。

國家為了解決卡脖子技術(shù)問(wèn)題和實(shí)現燃料電池車(chē)的產(chǎn)業(yè)化，提出了燃料電池車(chē)示范城市群的意見(jiàn)?，F在這個(gè)已經(jīng)通過(guò)了初步評審，很快就會(huì )宣布。

那么要想降低燃料電池電堆的成本，我們必須提高電堆的比重率。二是實(shí)現關(guān)鍵材料，電催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板、膜電極三合一和電堆批量生產(chǎn)。三是依據工況和電堆適宜的運行條件制定控制策略，確保電池系統的可靠性與耐久性。四是燃料電池的PEMFC典型極化曲線(xiàn)，它由三部分反映出，一個(gè)是歐姆極化，一個(gè)是擴散極化，還有一個(gè)最大的化學(xué)極化。我們一定要降低這三個(gè)極化，才能夠大幅度提高燃料電池堆的比功率。

另外燃料電池車(chē)所用的電堆是用鉑來(lái)做催化劑的，現在國內達到了每千瓦0.3克鉑，國際上達到了每千瓦0.2克鉑左右，我們要降到0.1克鉑以下才能實(shí)現燃料電池商業(yè)化。

我們所做的國家Pt38催化劑，已經(jīng)在新源動(dòng)力車(chē)上通過(guò)實(shí)驗。這是我們做的超小鉑銅合金催化劑，這個(gè)催化劑活性是碳鉑3.8倍，我們正在想辦法商業(yè)化。

再一個(gè)就是減少膜的厚度，這是我們評價(jià)的杜邦公司生產(chǎn)各種厚度的膜，我們發(fā)現膜越薄電池性能越好，但是膜薄了以后要提高機械強度，減少化學(xué)衰減。這是我們做的用PGFE增強膜，厚度可以比現在用的Aafion更薄，但是它的強度并不下降，另外我們在膜里可以加有自由基催列劑來(lái)減少膜的化學(xué)腐蝕。

這是我們做的戈爾的超薄膜，厚度可以達到7.5到8微米，性能現在是燃料電池當中的最薄的膜。有了膜，有了催化劑，那么我們就要制備MEA，現在膜電極三合一有三種制法，常規方法就是主要是用涂抹電極，這是最傳統的方法。第二種方法是CCM，把催化劑加料噴涂到膜上，這種是現在電動(dòng)車(chē)用的最普遍的制備方法。第三種方法是有氣化電極，可以大幅度減少極化，現在還在發(fā)展當中。

這是我們所發(fā)明的利用高電壓來(lái)噴涂，而不是用機械噴涂制備膜電極的方法。這種方法制備出來(lái)的膜催化成可以達到一定有序化，性能可以一定提高，每平方厘米2.1瓦左右。

這是圍繞適應批量生產(chǎn)，我們正在發(fā)展的狹縫模具式涂布和輥式涂布。這兩種方法都可以實(shí)現大批量生產(chǎn)，我們想在這種方法加上電位，使催化繩具有一定的有序化，來(lái)提高電極的性能。

有了MEA我們要裝電堆還需要雙極板，現在有三類(lèi)雙極板，有金屬板，金屬板上面要有一個(gè)涂層，還有復合板，用金屬做基底，做分割氣體的基底。另外加上一個(gè)擴散層，就是一個(gè)導電的氣體分配層。雖然國內新源動(dòng)力采用碳分散層，豐田采用的是網(wǎng)狀留層，還有一個(gè)是用機加工做的碳無(wú)孔金屬石墨碳板。

我們做的金屬板，我們已經(jīng)解決了金屬板的沖壓工藝和焊接工藝。正在做表面改進(jìn)，已經(jīng)在車(chē)上進(jìn)行考驗壽命還是很好的，表面涂層還是很好的。這是我們發(fā)展了3D流場(chǎng)，在流場(chǎng)當中加入一定角度的擋板，這樣的話(huà)可以改進(jìn)氣體向催化層的傳旨，因此要解決排水和傳旨當中的矛盾，要選擇一個(gè)合適的角度。

如果有了雙極板，有了MEA，有了密封件，我們就可以檢驗電堆，電堆是按照按壓力機方式進(jìn)行組裝的。那么在組裝電堆的時(shí)候，要考慮好MEA的壓拉和變形，這里有一個(gè)公式，通過(guò)大量實(shí)驗做出公式，通過(guò)這個(gè)公式在做沒(méi)裝堆之前設計高度，這個(gè)電堆才能更均勻。這是我們裝的100千瓦的電堆，它的平方差達到0.12毫伏，我們希望降到15個(gè)毫伏，現在正在改進(jìn)。

燃料電池的成本如果實(shí)現批量生產(chǎn)，它的成本會(huì )大幅度下降，所以現在在五部委城市群示范計劃領(lǐng)導下，我們先要解決卡脖子技術(shù)問(wèn)題，解決批量生產(chǎn)問(wèn)題，來(lái)大幅度降低燃料電池成本，使它能夠接近鋰電池電動(dòng)車(chē)成本，這樣燃料電池車(chē)在重載和長(cháng)途運輸車(chē)就可以實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。

我們解決了卡脖子技術(shù)，實(shí)現了批量生產(chǎn)，我們還要創(chuàng )新驅動(dòng)來(lái)解決燃料電池的技術(shù)發(fā)展，實(shí)現燃料電池乘用車(chē)的商業(yè)化。

第一我們要簡(jiǎn)化電池系統和電堆結構，降低燃料電池發(fā)動(dòng)成本和延長(cháng)電堆壽命。比如采用薄膜、氫空逆流，可以去除增濕器。陽(yáng)極水管理、消除局部反極，延長(cháng)電堆壽命。我們可以消除擴散層，來(lái)降低電堆成本。

另外我們要研發(fā)高溫膜和抗毒的電催化劑，降低氫氣成本。研發(fā)高溫膜，使燃料電池在近200度工作，即抗一氧化碳的毒化作用，又有利于燃料電池派熱河消除二向流提高電堆一致性，進(jìn)而提高工作電流密度和電堆比功率，利用有序化電極應用，大幅度降低鉑用量。

我們要研發(fā)抗毒的陽(yáng)極電催化劑，讓燃料電池能吃粗氫，降低燃料電池的成本，實(shí)現乘用車(chē)和商用車(chē)的商業(yè)化。

氫源現在有三種來(lái)源，一個(gè)化石燃料制氫，一個(gè)工業(yè)富產(chǎn)氫，還有一個(gè)電解水制備綠氫。富產(chǎn)氫最好的只要脫除氯就可以了，合成氨工業(yè)的釋放氣必須脫除微量的氨，丙烷脫氫丙烯必須脫除烴類(lèi)。

發(fā)展精準對燃料電池有毒雜質(zhì)的凈化方法，制訂標準、規定檢測方法和設備，達到精準的富產(chǎn)氫的凈化來(lái)降低氫的成本。

化石燃料制氫技術(shù)比較成熟，成本比較低，但要將二氧化碳封存，因此煤制氫每標方0.8元，天然氣制氫不高于2塊錢(qián)。因此日本在澳洲搞褐煤制氫，二氧化碳封存，通過(guò)甲基環(huán)已烷至日本，再脫氫為甲苯，制取氫氣。另外在沙特用天然氣重整制氫，將氫液化再運到日本。我建議利用我們電解水制氫的副產(chǎn)氧、進(jìn)行煤制氫，收集產(chǎn)生的二氧化碳注入油井，來(lái)提高產(chǎn)油率。另外開(kāi)發(fā)天然氣催化裂解制備氧氣和固體碳，提高氫氣的純度和減少二氧化碳的排放。

電解水制氫可再生能源，我們可再生能源棄風(fēng)、棄水、棄光于電解可制氫300萬(wàn)噸左右。

現在電解水制氫有三種電解水方法，一個(gè)是SOEC電解，一個(gè)是質(zhì)子膜電解和堿性電解三種電解技術(shù)，這三種方法我們國家堿水電解法是世界上售價(jià)最低的，我們質(zhì)子交換膜正在進(jìn)行兆瓦極的實(shí)驗建廠(chǎng)。

大連化物所發(fā)展燃料電池的同時(shí)就開(kāi)始發(fā)展電解水制氫，開(kāi)始制訂堿水電解，進(jìn)而搞了質(zhì)子交換膜電解，現在已經(jīng)做到300千瓦電解槽，已經(jīng)跟陽(yáng)光電源簽訂了合作協(xié)議。我們的大面積的電解水達到三百到五百千瓦，兆瓦級的氫能科技示范，國網(wǎng)在安徽搞的，準備試驗我們兆瓦級的電解膜交換水。

長(cháng)距離輸送也是氫比較大的問(wèn)題，氫的長(cháng)距離輸送有三種方案可選，一個(gè)是制氫送到天然氣管網(wǎng)，跟天然氣一起送到用戶(hù)。再一個(gè)可再生能源電解水制氫，將氫綠化，用車(chē)送到各個(gè)能源。第三個(gè)就是可再生能源電解制氫根收集二氧化碳進(jìn)行合成甲醇，我們李燦院士進(jìn)行了這方面研究。

我建議利用三北地區豐富的水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電，大力發(fā)展質(zhì)子交換膜電解水制氫，送入天然氣管網(wǎng)，在需要氫氣的地方，當氫濃度大于5%時(shí)，可采用膜分離從天然氣氫混合物中提取純氫。當氫濃度低時(shí)，可抽取等熱值天然氣進(jìn)行重整制氫，在近海地區發(fā)展海上風(fēng)電，電解水制氫，利用氫氣管道，輸送海港，將氫液化作為商品，也可用列管車(chē)送至附近的加氫站。加氫站也可以建立電解水制氫裝置和天然氣重整制氫裝置。

氫安全，最后一個(gè)問(wèn)題，人們已經(jīng)習慣于汽油作燃料，對于氫氣還缺乏了解，要利用氫氣易于檢測，擴散速度快，在可能有氫泄漏的地方加上氫氣傳感器，當氫濃度高于千分之五時(shí)，聯(lián)動(dòng)風(fēng)機自動(dòng)啟動(dòng)，確保氫安全。所以我們主張就是要做廉價(jià)的、可靠的氫氣傳感器，同時(shí)不管是室內和室外，在氫氣可能泄漏的地方都加上氫氣傳感器和聯(lián)動(dòng)風(fēng)機。這樣來(lái)確保室內和室外，特別是加氫站和制氫場(chǎng)所的氫安全。

氫是向上跑的，所以汽油車(chē)都燒沒(méi)有了，氫氣車(chē)還是完整的。另外挪威加氫站爆炸，爆炸以后加氫站形狀還存在。要是俄羅斯汽油加氫站爆炸以后，基本上看不到了。所以利用氫擴散速度比較快這一點(diǎn)和容易檢測這一點(diǎn)，我們確保氫安全?，F在全世界有三萬(wàn)到四萬(wàn)輛燃料電池車(chē)在運行，沒(méi)有一輛燃料電池車(chē)發(fā)生燃燒和爆炸。

最后我們講一下結語(yǔ)，實(shí)現燃料電池關(guān)鍵材料和部件的產(chǎn)業(yè)化并批量生產(chǎn)，同時(shí)提高電堆的比功率就可以大幅度降低燃料電池發(fā)動(dòng)機的成本，進(jìn)而降低燃料電池車(chē)的成本?？考夹g(shù)創(chuàng )新，簡(jiǎn)化電堆結構和電池系統，采用超低鉑有序化電極化大幅度降低鉑用量，將燃料電池車(chē)的成本降到鋰離子電動(dòng)車(chē)水平，并實(shí)現乘用車(chē)商業(yè)化。二、大力發(fā)展可再生能源電解水制備綠氫，采用天然氣或純氫管網(wǎng)輸送氫氣，加氫站加的氫可降至每公斤30元以下，車(chē)的運行費用就可以和燃油車(chē)競爭了。三、實(shí)現氫氣壓縮機，高壓儲氫瓶和加氫機等國產(chǎn)化和批量生產(chǎn)，建油、氫、電合建站，就可以大幅度降低加氫站的建設費用，待加氫站達到一定密度，再示范商業(yè)化乘用車(chē)。

謝謝大家！