燃料電池的發(fā)電原理跟鋰電池類似，都是基于電化學(xué)原理，而工作方式卻是按內(nèi)燃機(jī)工作方式發(fā)電，需要構(gòu)成一個燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，這個系統(tǒng)除了燃料電池模塊外，還要包括反應(yīng)氣(氫氣、空氣)供給、水熱管理、電控等子系統(tǒng)。

推進(jìn)燃料電池商業(yè)化

從過去到現(xiàn)在，全球燃料電池汽車走了幾個階段。第一階段，設(shè)想的很樂觀，但燃料電池應(yīng)用于汽車上之后，受汽車工況影響，性能衰減很快。第二階段，主要解決燃料電池的可靠性、耐久性問題。因?yàn)楣r比較復(fù)雜，這一階段經(jīng)歷了七八年時間，基本上解決了這些問題，燃料電池壽命也達(dá)到了要求?，F(xiàn)在進(jìn)入了第三階段，主要是進(jìn)一步降低成本和鉑(Pt)用量，同時加快加氫站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車的商業(yè)化。

燃料電池汽車的門檻比較高，為了攻克燃料電池產(chǎn)業(yè)化的問題，國際上形成了三大聯(lián)盟，共同解決這些技術(shù)問題。2015年豐田的“未來”燃料電池汽車已經(jīng)宣布實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，訂貨已經(jīng)接近1500輛。同時，豐田為了促進(jìn)燃料電池汽車在全世界盡快商業(yè)化，宣布兩個重大措施，一個是專利公開，再一個是產(chǎn)品關(guān)鍵材料和部件可以向世界其他廠家出售。特別是后一件事情，對其他國家燃料電池盡快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的作用很大。

從國際上來看，燃料電池汽車現(xiàn)在進(jìn)入一個商業(yè)化的導(dǎo)入期。燃料電池汽車的主要技術(shù)問題已經(jīng)基本解決，限制燃料電池汽車大規(guī)模商業(yè)化的還有兩件事情，一個是加氫站的建設(shè)，另一個是進(jìn)一步提高燃料電池的可靠性和耐久性。

同時降低鉑用量也是關(guān)鍵突破點(diǎn)。使鉑的用量能跟汽車尾氣凈化器的貴金屬用量差不多，這樣才能實(shí)現(xiàn)全面商業(yè)化。降低成本的重點(diǎn)是生產(chǎn)線的建立，現(xiàn)在燃料電池汽車還不能像燃油車那樣一分鐘一輛在生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，所以生產(chǎn)線(包括整車和各個關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)線)的建立還是很艱巨的一個任務(wù)。

燃料電池技術(shù)取得進(jìn)展

我國從“九五”期間就做了準(zhǔn)備工作，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到“十三五”，這期間我國自主研發(fā)的燃料電池汽車參加了北京奧運(yùn)會、新加坡世青賽、美國加州示范和上海世博會等，200多輛車參加了示范運(yùn)營，效果明顯，完成了國家任務(wù)。

在奧運(yùn)會、世博會之后技術(shù)進(jìn)一步取得進(jìn)展，Pt@Pd核殼催化劑已用于燃料電池發(fā)動機(jī)，鉑用量得到進(jìn)一步降低。在膜材料方面，為了提高穩(wěn)定性，制備了PTFE增強(qiáng)的復(fù)合膜，并加入了自由基淬滅劑，延長了膜的壽命。

同時，我國正在研究有序化的電極，利用陣列二氧化鈦納米棒或納米管為擔(dān)體的有序化電極，鉑用量得到進(jìn)一步很低，但是性能還不能滿足汽車的要求，這方面還需要進(jìn)一步努力。

在系統(tǒng)方面，我國采用混合動力、電-電混合的路線，減少了燃料電池受車用工況的沖擊，延長了燃料電池的壽命。此外也進(jìn)行了空壓機(jī)的研究，但是現(xiàn)在空壓機(jī)的可靠性和耐久性還有待進(jìn)一步改進(jìn)。在高壓儲氫瓶方面，35MPa的氫瓶已用于裝車，70MPa的儲氫瓶正在研制過程中。大連化物所研制的下一代燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到300W/kg的技術(shù)水平。

提高協(xié)同創(chuàng)新能力

基于目前我國新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)創(chuàng)新能力，燃料電池汽車下一步怎么發(fā)展?這里提出幾點(diǎn)建議。

第一，從國內(nèi)來說，燃料電池用的各種關(guān)鍵材料和零部件，測試性能和實(shí)用性能都達(dá)到了國際水平，但是現(xiàn)在還不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，原因就是沒有建立批量生產(chǎn)線。因?yàn)閲鴥?nèi)燃料電池關(guān)鍵部件還沒有形成一個很大的市場，這是我們發(fā)展燃料電池汽車的一個關(guān)鍵問題。還需要企業(yè)家投入，建立關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件小批量生產(chǎn)線，使關(guān)鍵材料的供給立足于國內(nèi)。

第二，國內(nèi)原來研究電堆主要注重提高電堆的重量比功率、體積比功率，現(xiàn)在我認(rèn)為，重點(diǎn)應(yīng)該轉(zhuǎn)向提高電堆的可靠性和耐久性，因?yàn)樗侨剂想姵匕l(fā)動機(jī)可靠性和耐久性的基礎(chǔ)。

第三，要把如何減少燃料電池在車用工況下衰減的基礎(chǔ)研究成果，與燃料電池發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合起來，把這些過程通過控制程序和零部件在整車上實(shí)現(xiàn)，這樣使燃料電池發(fā)動機(jī)在整車上整個系統(tǒng)壽命能夠達(dá)到5000至10000小時。

第四，除關(guān)鍵材料外，中國還有幾個關(guān)鍵部件(如空壓機(jī))暫時可以外購，但從長遠(yuǎn)角度看，要進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

另外，高壓氫氣瓶國內(nèi)只有35MPa的，如果要實(shí)現(xiàn)續(xù)駛里程六七百公里，就要在70MPa。當(dāng)前國內(nèi)加氫站只有3座，要在主要示范城市逐步建立加氫站，這樣燃料電池汽車才能在各個城市普及起來。

最后一件事情，國家要對催化劑和電極進(jìn)行深入的研究，能夠做到鉑用量轎車在5克左右、大巴車在10克左右，最終實(shí)現(xiàn)0.1gPt/kW目標(biāo)，當(dāng)然這是很具有挑戰(zhàn)性的工作。

不得不承認(rèn)，燃料電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的門檻比鋰電池高得多，需要建立批量生產(chǎn)線解決制造的一致性問題，這是全世界都要關(guān)心并需要合作解決的重大問題。

我認(rèn)為，在國家大力支持下，依靠國內(nèi)外科技界、企業(yè)界合作，預(yù)計(jì)在2020—2025年，我們能突破這些關(guān)鍵技術(shù)，使燃料電池汽車進(jìn)入S型曲線的起始階段;大幅度提高要在2025—2030年之間;燃料電池汽車要實(shí)現(xiàn)盈利估計(jì)還需要5年左右的時間。