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                作者:李惠钰 崔雪芹 來源:中國科學報 發布時間:2020/2/11 16:49:55
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                衣寶廉院士:下一個五年,燃料電池汽車如何發展

                步入2020年,燃料電池汽車産業釋放出諸多積極的信號。

                15日,國內首批(10)氫燃料電池通勤客車在武漢開發區正式交付;114日,247台新能源汽車在雲南五龍汽車有限公司下線;120日,山東濰坊100台氫燃料公交車采購中標,計劃于年內正式上線運營……

                燃料電池汽車以其高效率和零排放等優勢,備受國內外追捧。中國電動汽車百人會副秘書長王賀武曾預測,2025年我國氫能燃料電池汽車有望實現5~10萬輛的規模;2030年我國將實現百萬輛級別的氫能燃料電池汽車在路上行駛;2050年氫能燃料電池汽車能夠和純電動汽車共同實現汽車的零排放,即移動端的零排放。

                站在“風口”上的燃料電池汽車,熱度攀升的背後還需怎樣的冷思考?“十四五”又該如何實現更大的跨越?《中國科學報》就此采訪了中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉。

                氫燃料電池是理想的選擇

                《中國科學報》:相比純電動汽車,燃料電池汽車有何優勢?

                衣寶廉:以氫燃料電池爲動力的燃料電池車與锂離子電池車相比,具有續駛裏程長、安全等優勢。氫燃料電池比能量高可達0.5~1.0Wh/Kg,且燃料氫和電堆是分開的,因此即使電池的膜破損,只要將氫切斷,就不會産生燃燒和爆炸。

                此外,氫燃料加注方式與燃油車加油類似——加注時間短,特別適用于重載、長途的運輸車、大客車和各種商用車。若采用可再生能源制氫,還可做到零排放。

                《中國科學報》:《中國氫能源及燃料電池産業發展研究報告》指出,未來氫在我國終端能源體系占比至少將達10%,你如何看待氫燃料電池汽車未來的發展前景?

                衣寶廉:人類生活、生産所用的化石燃料,從煤、石油到天然氣,是一個逐步減碳的過程。而氫是零碳燃料,要用氫代替化石燃料是一種理想的選擇。但氫需要用其它能源制取,如果能夠用可再生能源,如水能、風能、太陽能和核能制氫是最理想的選擇。

                近年來,由于減排二氧化碳,控制本世紀溫升在2攝氏度以內。可再生能源的高速發展與燃料電池和燃料電池車技術的進步,將大力促進氫能的發展。

                《中國科學報》:“氫能源”雖然是備受期待的一種新能源汽車方案,但目前我國在制氫、儲氫、運氫等環節並不完善,對此你認爲該如何解決?

                衣寶廉:氫氣的密度最低,所以它的體積比能量最小,導致氫的儲運是發展氫能的最大難題。國內應發展和示範液氫和管道運輸氫,同時研究用有機化合物加脫氫的辦法(如甲基環己烷脫氫和甲苯加氫)儲運氫,繼承石油運輸的設備與經驗。

                要想盡快發展氫能和提高氫能能源占比,最有效的辦法是大力發展西南水電、西北風電,將不上電網的電力直接用于電解水制氫。此外,建立海上風電,直接電解海水制氫,並輸送至天然氣管網或直接氫用戶,也是一個重要方向。

                氫的爆炸限很寬,起爆能量很低,因此也是一種易燃易爆氣體。但氫與天然氣和石油相比,極宜檢測,因此還要研發穩定、可靠、廉價的氫傳感器,確保用氫安全。

                “十三五”仍存成本壓力

                《中國科學報》:十三五期間,燃料電池汽車都取得了哪些關鍵突破?

                衣寶廉:經過北京奧運會23輛燃料電池車、上海世博會196輛燃料電池車等示範運行,已經證明燃料電池車技術可行。“十三五”期間,加氫站建設被寫入2019年政府工作報告,極大鼓勵了燃料電池車的研發和示範。

                第一,2018年由國家能源集團牽頭成立了中國氫能聯盟,爲我國氫能與燃料電池的發展堅定了信心,並給予了技術和資金的支持。

                第二,2019年燃料電池車的銷量已達2737輛,我國燃料電池車的保有量已達五千多輛,僅次于美國,占世界第二位。國內示範運行的燃料電池車以大客車和商用車爲主,適于發揮燃料電池車的優勢,已引起國際汽車界的重視。

                第三,由于大規模燃料電池車的商業化示範,創建了車用燃料電池的關鍵材料和部件市場,國內關鍵材料和部件的企業逐漸增加,並開始批量生産雙極板、膜電極三合一(MEA)、電催化劑、質子交換膜、空壓機和高壓儲氫瓶等,進一步降低燃料電池車成本。

                第四,加氫站的建設速度加快,由“十三五”初期的幾座到2019年建成38座、投運46座,關鍵部件如氫氣壓縮機、加氫機等也開始研制和試用,國産化提速。

                第五,由于國家、地方政府和企業的大力支持,並介入燃料電池車的研發與商業化示範運行,吸引了國際從事燃料電池車研發企業進入中國,促進了國內燃料電池車的商業化示範運行。

                《中國科學報》:你認爲開發燃料電池汽車還存在著哪些技術性挑戰?該如何應對?

                衣寶廉:由于燃料電池發動機成本較高,導致燃料電池車價格是燃油車的2~3倍,是锂離子車的一倍左右。此外,氫的制備、輸運費用高也導致其運行成本高,加氫站的建設費用也遠高于充電站和加油站的建設費用。

                因此,開發燃料電池車首先就要降低燃料電池車的成本。爲實現這一目標,一是要加快批量生産工藝的研發;二是企業家介入建立生産線進行試生産;三是地方政府支持,進行大規模的燃料電池車商業化示範。

                其次在確保電堆可靠性與耐久性的前提下,大幅度提高電堆的比功率。降低關鍵部件如空壓機、DC/DC、氫氣循還泵、閥件等成本,實現批量生産。

                降低氫氣成本的關鍵則是選擇副産氫豐富或可再生能源豐富的地區進行燃料電池車示範,大力發展離網的風電、水電和太陽能發電,直接電解水制氫,降低制氫和運輸成本。而降低加氫站建設成本,就需要實現氫氣壓縮機和儲氫瓶的國産化。

                “十四五”仍需強化應用基礎研究

                《中國科學報》:對于下一個五年規劃,燃料電池汽車在技術研發上應該如何部署?

                衣寶廉:要加強燃料電池關鍵材料與部件的基礎研究。在電催化劑、交換膜、流場和膜電極三合一結構與制備方面能有創新性的發明,爲制備高比功率電堆提供指導和技術基礎。

                首先要加強應用基礎研究。開發和改進燃料電池關鍵材料與部件的批量生産工藝,提高産品的質量和降低成本,用于組裝高比功率電堆和電池系統。

                其次要研發世界一流的高比功率電堆和電池系統,電堆體積比功率達到5Kw/L。壽命達到2~3萬小時。

                最後要提高客車與商用車性價比。研發燃料電池乘用車,性能接近或達到國際一流水平。

                《中國科學報》:對于燃料電池汽車的産業化,十四五在政策上還需做出哪些調整?

                衣寶廉:燃料電池車現在競爭力不強,需要政府扶持。但政府補貼不要全部補到整車單位,要對關鍵材料與零部件企業給予補貼,鼓勵降低關鍵材料與部件的售價,逐步提高補貼標准,是否給予補貼,以檢測數據爲准。

                建議國家成立第三方獨立的檢測單位,與標准委員會一起,建立關鍵材料與部件和電堆與系統的壽命快速測定方法。

                同時還建議氫能獨立設立專項,以可再生能源制氫爲主,目標代替天然氣,減少天然氣進口。同時研發海水電解制氫,爲發展海上風電制氫奠定基礎。

                 
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