中國工程院院士衣寶廉：預計國內明年將有100臺加氫站運行 ｜電動車百人會2019

中國工程院院士衣寶廉

“現在中國的加氫站有10臺左右正在運行，明年預計有100臺左右。”中國工程院院士衣寶廉參加中國電動汽車百人會論壇時說。

目前來看，加氫站建設是阻礙氫燃料電池車推廣的主要問題之一。

據衣寶廉介紹，從國際上看，燃料電池已經進入了市場的導入階段。現在的問題是沒有大批量的生產線、成本比較高，且受加氫站的制約。從電堆、燃料電池的角度看，最主要的任務還是降低Pt用量和催化劑燃料電池的成本。

衣寶廉認為，當前要盡快實現關鍵材料、電催化劑、質子交換膜、膜電極三合一、雙極板等批量生產，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎。此外，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的可靠性和耐久性。

以下是衣寶廉的演講速記，雷鋒網新智駕進行了不改變原意的編輯：

今天講的題目是“車用燃料電池技術”，我認為，中國的車用燃料電池技術要降低成本，在國際上有競爭力，從電堆角度來看，現在的核心問題是提高功率電流密度和比功率。

到2017年，中國有了2000多輛燃料電池車。昨天的報告說，2018年要有1500多輛，要趕上美國了。

國際電池的現狀是，2014年12月15日，豐田宣布開始銷售，同時專利開始無償使用，所以這個對燃料電池發展是重大進步。

由于燃料電池乘用車受加氫站的限制，所以豐田跟日野合作做了燃料電池大巴，準備作為奧運會的通勤車。最近，豐田又開始跟美國的肯沃斯合作開發重載車，準備在美國的加州進行運行10輛，這是燃料電池車首先能夠代替柴油車的一個重點方向。

從國際上看，燃料電池已經進入了市場的導入階段，發動機的功率大幅度提升，用70MPa氣瓶已經可以跑500公里以上，負30度以上，基本上滿足了要求。現在問題是沒有大批量的生產線、成本比較高，受加氫站的制約，所以將來從電堆、燃料電池角度，最主要的任務還是降低Pt用量，降低催化劑燃料電池的成本。

從國內來看，從2007年一直到2010年的世博會，我們進行了大量的燃料電池車運行。世博會之后上汽又搞了創新征程，證明電動車適應中國的增程環境。

現在中國的加氫站有10臺左右正在運行，明年預計有100臺左右，運行最頻繁的還是張家口、云浮和上海，加氫量是最多的。我們已經掌握了燃料電池的核心技術，并經過了大量的示范運行，積累了豐富經驗，具備了進行大規模示范運行的條件。

現在要盡快實現關鍵材料、電催化劑、質子交換膜、膜電極三合一、雙極板等批量生產問題，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎。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的可靠性和耐久性。

從國際上來看，燃料電池車已經達到了四缸內燃機的體積水平，上次海口會，本田宣布已經達到了六缸內燃機的水平，功率密度達到每立升3千瓦。我們國內裝車的電堆現在大概都在每立升2.0千瓦左右，就是V80、榮威750和榮威950用的都是在這個數量級，所以我們輸出功率我們的電堆比國外還是低1/3左右。

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

要降低化學極化，主要是做高效的電催化劑，現在國際上的通用是做鉑合金催化劑，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，可以減少膜的化學腐蝕。另外要采用新型流場，降低傳質極化。像豐田，把二維流場改為三維流場以后，傳質極化就大幅度下降，這樣密度就可以提高到幾個安培每平方厘米。

有了單池性能提高以后，現在國內在實驗室里面單池研究已經達到了每平方厘米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，但是空壓機內耗會增加。我們要研究低內耗的空壓機，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鍵因素。

我們要改進制備MEA的一致性，特別是MEA的平整度和封邊技術，因為燃料電池組裝以后，在公用孔道里面膜會膨脹，會嚴重影響氣流分布，所以在公用孔道里露出的膜全部封死，這樣才能包裝組裝的阻力在運行當中不變化，所以MEA的制備核心是用薄膜和解決封邊技術。

另外，優化電堆的結構。這是國內采用的雙極板，無孔碳板或者是膜壓的或者膨脹石墨的都屬于這一類，還有復合板。

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技術也需要攻克，因為現在的噴涂技術不適合于幾百萬輛車的生產。

隨著關鍵材料的進步，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雙方配合的結果，而不是電堆自己的努力，要兩方面結合起來。所以也要加強電堆部分、系統部分關鍵部件的研發。所以我建議：

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

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，為開發乘用車奠定了基礎。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燃機、發動機這個部位。

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

第四，開展超低鉑和非鉑電催化劑的理論和應用研究，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，建立關鍵部件，電堆和電池系統的測試，與耐久性快速評價方法，這是現在燃料電池標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進行評選，我們要盡快建立中立性的檢測機構，它本身不做燃料電池開發、也不做系統、也不做電堆，但是有一個檢測機構，這樣對推進我們燃料電池技術的進步，趕上世界水平會有重大作用。

我希望燃料電池車盡快實現商業化的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，現在有人預計，燃料電池車從關鍵材料講，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，但要靠我們技術人員的共同努力。

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