氫燃料電池汽車 還有哪些“骨感”需要豐滿

有的汽車“吃”的是汽油，排放的是溫室氣體。有的汽車“吃”的卻是氫氣，排放的只有水。這第二種車，叫做氫燃料電池汽車，目前正在汽車界悄然走紅。

今年5月，日本11家企業(yè)簽署諒解備忘錄，計劃在日本共建加氫站，推進日本政府此前發(fā)布的《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》。英國政府則在4月份宣布將投入2300萬英鎊來完善氫燃料電池汽車的基礎設施。

6月25日，科技部部長萬鋼在吉林長春發(fā)表演講，更是幫助氫燃料電池汽車在國內(nèi)“圈粉”無數(shù)。他表示，氫具有來源廣泛、大規(guī)模穩(wěn)定儲存、持續(xù)供應、遠距離運輸、快速補充等特點，“在未來車用能源中，氫燃料與電力將并存互補，共同支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展”。

新能源汽車市場，三分天下必有其一

“將來氫燃料電池汽車在新能源汽車的三分天下市場中，必占其一！”談起它，中國科學院大連化學物理研究所研究員、全國燃料電池與液流電池標準委員會主任委員衣寶廉院士難掩激動。

雖然在老百姓心中，氫燃料電池汽車依然不顯山不露水，可是在很多專家眼里，其將在未來的新能源汽車市場扮演舉足輕重的角色。

這得先從氫燃料電池的原理說起。氫燃料電池其實是一種發(fā)電裝置，它的燃料就是氫氣。氫氣從燃料電池的陽極進入，氧氣從陰極進入，在催化劑的作用下，氫氧發(fā)生化學反應形成電流并生成水。

“可以實現(xiàn)零排放，特環(huán)保。”衣寶廉說，跟普通汽車相比，以氫燃料電池為發(fā)動機的汽車擁有顯而易見的優(yōu)勢。就算跟電動汽車相比，氫燃料電池汽車也可圈可點。

衣寶廉介紹，一般電動車受電池儲存能量限制，充一次電續(xù)駛里程在200公里左右，充電時間也動輒幾個小時，用戶存在“充電焦慮”。“而加氫和加油一樣，只需要幾分鐘，而且加一次氫續(xù)駛里程可達500—700公里。”

正因如此，在我國確立的新能源汽車“三縱三橫”發(fā)展布局中，燃料電池車一直與混合動力電動汽車和純電動汽車并列為“三縱”——盡管與另外“二縱”相比，燃料電池車的發(fā)展態(tài)勢一直有點低調(diào)。

令人鼓舞的是，《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》對氫燃料電池汽車再次寄予厚望，提出到2020年要實現(xiàn)燃料電池車批量生產(chǎn)和規(guī)?；痉稇?。在補貼政策方面，2016—2020年其他“二縱”的補貼額度會大幅退坡，但燃料電池車的補貼額度不但不減，有的車型還有所增加。

產(chǎn)業(yè)化元年已至，水平與國外還有差距

“現(xiàn)在國內(nèi)越來越多的企業(yè)開始關注燃料電池，這是以前沒有的局面。”上海神力科技有限公司總經(jīng)理胡里清多年前就瞄準了氫燃料電池產(chǎn)業(yè)，而最近兩年的產(chǎn)業(yè)動態(tài)尤其讓他感到高興。

2014年，日本豐田宣布其氫燃料電池汽車進入市場，售價僅比鋰電池車稍貴。衣寶廉告訴科技日報記者，在國內(nèi)，佛山、如皋、鄭州、上海、北京等地已開始氫燃料電池大巴車的示范運行。

“如果說2015年是世界燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化元年的話，2017年可視為我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化元年。”衣寶廉說。他透露，國內(nèi)大的汽車企業(yè)如上汽、一汽和二汽均已開始計劃、設計或生產(chǎn)百輛級的燃料電池專用車投放市場。另外，北京冬奧會也將進行燃料電池大巴車的示范運行。

同時也應看到，目前國內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)與國際先進水平還有一段距離。

作為產(chǎn)業(yè)界人士，胡里清的感受是目前國內(nèi)氫燃料電池的關鍵材料、相關零部件的生產(chǎn)流水線、生產(chǎn)工藝等配套稀缺。而在日本，燃料電池產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)都有企業(yè)在做，這對于燃料電池降低成本、推進產(chǎn)業(yè)化十分有利。

“國內(nèi)氫燃料電池技術在經(jīng)過十幾年研發(fā)后，有了基本的鋪墊，但很多關鍵材料和零部件還沒有走出實驗室。”同濟大學汽車學院學術委員會主任章桐在接受科技日報記者采訪時說。

汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室主任歐陽明高告訴記者，氫燃料電池技術中最核心、最基礎的技術是膜電極，其重要性相當于電腦和手機的芯片，而國產(chǎn)膜電極在耐久性和性能上還有待提升。“目前國產(chǎn)膜電極的壽命最高能達到8000小時，國際上最好的水平是10000小時以上，這也直接決定了氫燃料電池的壽命。”

“雖然我們國家十幾年前就開始研發(fā)氫燃料電池汽車，但當時多數(shù)整車廠持觀望態(tài)度，僅靠幾家燃料電池企業(yè)單打獨斗，產(chǎn)業(yè)化投入不夠。”胡里清分析其原因時介紹，相比之下，日本豐田公司每年都在該領域進行幾億美元的持續(xù)投入。

現(xiàn)在，政策利好，國內(nèi)汽車企業(yè)也開始積極參與進來，這讓胡里清更加看好氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的前景。

完善產(chǎn)業(yè)鏈，須從能源戰(zhàn)略角度布局

“現(xiàn)在國內(nèi)氫燃料電池汽車正處于從示范、考核到產(chǎn)業(yè)化的過渡階段。”歐陽明高認為，燃料電池技術門檻高、難度大、涉及的技術鏈條長，全方位商業(yè)化還需待以時日。但是，可以從一部分領域率先開展商業(yè)化突破。歐陽明高所說的這部分領域，是指城市客車等商用車領域。這也是目前國內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)進展最快的部分。

之所以從這些領域著手，而不是像日本豐田公司那樣從家用轎車做起，主要是因為這些領域更容易切入。章桐解釋說，城市客車等對氫燃料電池的體積、能量密度、可靠性等要求相對家用轎車較低。“比如，籠統(tǒng)來說國內(nèi)氫燃料電池體積比豐田公司的氫燃料電池大一倍，放在客車上沒有大礙，但是放在小轎車上就顯得很笨重。”

歐陽明高對這種具有“中國特色”的產(chǎn)業(yè)化路線持樂觀態(tài)度。他告訴記者，去年豐田公司的氫燃料電池轎車賣出幾百臺，而我國的燃料電池客車已達到100輛級水平。歐陽明高相信，國內(nèi)氫燃料電池的城市客車、增程式燃料電池汽車等總量可能會在一兩年內(nèi)超過豐田，達到千輛級別。

“關鍵是企業(yè)要增加投入。”對于如何進一步培育國內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的成熟度，章桐認為，歐洲、北美、日本都是企業(yè)牽頭在做，如果企業(yè)在研發(fā)上不投入，只是寄希望于政府政策支持和科研經(jīng)費投入，是做不出事情的。

從更宏觀的視角來看，章桐建議，國家不僅要制定關于氫燃料電池汽車的政策，更要正式把氫氣作為能源結構的重要組成部分，統(tǒng)籌規(guī)劃氫氣的制取、運輸、存儲和利用。

胡里清告訴科技日報記者，氫氣不僅比較清潔，而且來源廣泛，和電能一樣，屬于能源中的“通用貨幣”，僅把我國化肥廠、煉焦廠等排放的工業(yè)副產(chǎn)氫收集起來，就足以供幾千萬輛氫燃料電池汽車運行。“但到現(xiàn)在氫氣在國家能源結構中依然只被視作化工原料，而不是一種燃料。”章桐說。

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氫燃料電池

氫燃料電池基本工作原理是將氫氣送到燃料電池的陽極板（負極），經(jīng)過催化劑（鉑）的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過質(zhì)子交換膜，到達燃料電池陰極板（正極），與氧原子和氫離子重新結合為水。由于供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應氫，給陰極板供應空氣，并及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲能，確切的講其應該稱為氫發(fā)電裝置。

其實氫燃料電池并非全新的技術，20世紀60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應用于航天領域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。