燃料電池車競(jìng)爭(zhēng)白熱化關(guān)鍵催化劑

在日本，通過實(shí)現(xiàn)電氣類部件通用化，已有望將燃料電池車的價(jià)格降至1000萬日元以下。為了進(jìn)一步削減成本，在繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)開發(fā)。

距2015年上市銷售燃料電池汽車只剩下2年時(shí)間，汽車廠商的燃料電池車(FCV)開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)已進(jìn)入白熱化階段。

在2013年11月舉辦的“東京車展2013”上，豐田汽車公司公開了試制車“豐田FCV概念車”。該車填充一次氫燃料可續(xù)航500公里以上。生成驅(qū)動(dòng)電力的燃料電池的性能提高到原有產(chǎn)品的2倍，還成功實(shí)現(xiàn)了小型化。燃料電池可配備在座席下方，在車高往往偏高的燃料電池車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了轎車款設(shè)計(jì)。

豐田在11月舉辦的東京車展上發(fā)布了燃料電池車的試制車。

另一方面，大發(fā)工業(yè)公司展出了沒有使用鉑等貴金屬的輕型燃料電池車整車“大發(fā)FC商Case”。

本田技研工業(yè)公司在同時(shí)期于美國(guó)舉辦的洛杉磯車展上，公開了新試制車“本田FCEV概念”。本田稱，該車提高了燃料電池的性能和續(xù)航距離。

本田11月在美國(guó)加利福尼亞州舉辦的洛杉磯車展上，公布了燃料電池車的試制車。

在洛杉磯車展上，韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司宣布，從2014年春季開始，在美國(guó)洛杉磯開展燃料電池車的租售業(yè)務(wù)。計(jì)劃以月租金499美元的價(jià)格，把以SUV(多功能車)“途勝”(Tucson )為原型的燃料電池車主要租賃給行政機(jī)關(guān)。

豐田、本田及現(xiàn)代汽車計(jì)劃于2015年開始上市銷售燃料電池車。日產(chǎn)汽車也通過與德國(guó)戴姆勒公司及美國(guó)福特汽車公司等合作，力爭(zhēng)在2017年開始銷售。本田力爭(zhēng)通過與美國(guó)通用汽車進(jìn)行共同開發(fā)，到2020年進(jìn)一步降低成本以及擴(kuò)大產(chǎn)量。

豐田在東京車展上展出的燃料電池車的底盤及部件。照片A是燃料電池，B是氫燃料罐。燃料電池與高效率的小型升壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了一體化。

如何才能降至500萬日元?

目前在日本，氫社會(huì)的實(shí)現(xiàn)正由燃料電池車帶動(dòng)。如果路面上行駛的燃料電池車增多，就需要增設(shè)加氫站，擴(kuò)大及充實(shí)氫供應(yīng)網(wǎng)。其中，廉價(jià)的“二氧化碳零排放”氫會(huì)增加供應(yīng)，也可用作火力發(fā)電的燃料。

要想實(shí)現(xiàn)這一藍(lán)圖，亟需解決燃料電池車低成本化這一課題。當(dāng)前最重要的就是，將大約10年前高達(dá)1億日元的價(jià)格降至用戶可以接受的價(jià)格。

目前，汽車廠商已可將價(jià)格控制在1000萬日元以下。與混合動(dòng)力車(HV)和純電動(dòng)汽車(EV)實(shí)現(xiàn)電氣馬達(dá)等部件的通用化起到了重要作用。不過，有關(guān)人士關(guān)注的是，在開始上市銷售時(shí)能否降到500萬日元。某廠商負(fù)責(zé)人表示：“要想實(shí)現(xiàn)500萬日元的價(jià)格，需要進(jìn)一步的技術(shù)革新。”雖然也期待量產(chǎn)效果，但在上市銷售之初，供貨量能達(dá)到多少也是個(gè)課題。

為實(shí)現(xiàn)低成本化，各公司積極采取的對(duì)策是，使堪稱燃料電池車核心部件的燃料電池實(shí)現(xiàn)高性能化和小型化，以及替換成更為廉價(jià)的材料。

燃料電池是由作為燃料供應(yīng)的氫與空氣中含有的氧，在名為“單元”的部件中發(fā)生化學(xué)反進(jìn)行發(fā)電。提高反應(yīng)效率就有助于提高燃料電池的性能。其關(guān)鍵在于單元內(nèi)部使用的催化劑性能。

催化劑主要使用高價(jià)的稀有金屬鉑。如果將其制成微粒子涂布在電極上，便可進(jìn)一步擴(kuò)大與氫反應(yīng)的表面積，從而提高性能。在這一領(lǐng)域，各公司展開了技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。如果氫和氧的反應(yīng)效率提高，即使減少鉑的使用量，也可獲得充足的輸出功率。

燃料電池采用串聯(lián)排列幾百個(gè)單元的結(jié)構(gòu)。由于提高了輸出功率，因此可縮小單元面積，減少單元數(shù)量。除了鉑之外，還有助于減少其他零部件的使用量及成本。在確保輸出功率的同時(shí)，還可縮小燃料電池本身的容積。

表示單位容積輸出功率的輸出功率密度顯示了各公司的技術(shù)水平。豐田實(shí)現(xiàn)了每升3千瓦。本田宣布“達(dá)到了3千瓦以上”。日產(chǎn)汽車也在2011年宣布達(dá)到了2.5千瓦，目前“實(shí)際能達(dá)到每升3千瓦的輸出功率密度”。

各公司還在致力于調(diào)整材料以及尋找廉價(jià)的高性能新材料。

加速向廉價(jià)材料轉(zhuǎn)換

據(jù)稱燃料電池車的燃料電池、氫燃料罐以及其他運(yùn)送空氣的泵等“輔機(jī)”各占車體成本的三分之一。

比如，豐田日前對(duì)70兆帕高壓儲(chǔ)氫燃料罐的材料進(jìn)行了調(diào)整。為了在具備耐壓性的同時(shí)，減輕重量，采用了內(nèi)側(cè)使用塑料、外側(cè)卷纏高價(jià)碳纖維復(fù)合材料(CFRP)的結(jié)構(gòu)。該公司將尋找可在充分確保安全性的同時(shí)降低成本的碳纖維復(fù)合材料。

豐田不依賴供應(yīng)商貼牌生產(chǎn)(OEM)，而是在自家工廠將碳纖維復(fù)合材料卷纏在氫燃料罐上。為實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，還在進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)在確保必要強(qiáng)度的同時(shí)，快速進(jìn)行卷纏。

豐田技術(shù)統(tǒng)管部主管高橋剛說：“我們將不斷提高電池堆等部件的性能、調(diào)整結(jié)構(gòu)和材料及旨在實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化的生產(chǎn)技術(shù)革新等，以降低成本。”

如何體現(xiàn)燃料電池車的魅力

消費(fèi)者購車時(shí)，價(jià)格是最主要因素。不過，燃料電池車的價(jià)格要想降到與其他車輛同等水平，估計(jì)要到2020年以后。如何體現(xiàn)燃料電池車與其高價(jià)相符的優(yōu)點(diǎn)也是一大課題。

汽車廠商舉出的燃料電池車的特點(diǎn)之一是可向外部供電的功能。配備大發(fā)電容量燃料電池的公交車還可作為受災(zāi)時(shí)的電源進(jìn)行推銷。

豐田于11月14日，在愛知縣豐田市內(nèi)，公開了將燃料電池巴士的電力供應(yīng)給受災(zāi)避難所等的實(shí)驗(yàn)。

豐田公開了外部電源供給系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，即將在愛知縣豐田市運(yùn)行的燃料電池巴士(右)所發(fā)的電力供應(yīng)給家庭及設(shè)施等。左側(cè)是利用巴士輸送的電力供家庭等使用的外部供電裝置。由豐田自動(dòng)織機(jī)制造。

將專用插頭插在在燃料電池巴士后部的插座上，就可將電源供應(yīng)給建筑物內(nèi)的電視及電爐等使用。電裝公司與豐田自動(dòng)織機(jī)公司開發(fā)出了將燃料電池巴士的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的外部供電裝置。在加滿氫的狀態(tài)下，可連續(xù)5天為用作避難所的體育館提供照明電力。豐田計(jì)劃2016年上市銷售燃料電池巴士。

由燃料電池車向家庭等供電的功能名為“V2H”(vehicle to home)等。在東京車展上，本田展出了家庭專用供電裝置。該公司從4月份開始，在北九州市實(shí)施為住宅供電的實(shí)證實(shí)驗(yàn)。在下午的用電高峰時(shí)段，如果利用燃料電池車供電，就可為削峰做出一定貢獻(xiàn)。

燃料電池車的另一個(gè)賣點(diǎn)應(yīng)該是環(huán)保性能。行駛時(shí)只排放水、不會(huì)排放二氧化碳及大氣污染物質(zhì)的燃料電池車還被稱為“終極環(huán)保車”。

實(shí)際更為嚴(yán)格的“環(huán)保性能”

不過，終極環(huán)保車是有條件的，就是包括制造氫等在內(nèi)，在整個(gè)生命周期中都要做到不排放二氧化碳，即二氧化碳零排放。如果原料使用化石燃料，制造氫時(shí)就會(huì)排放二氧化碳，因此并不是二氧化碳零排放。

日本汽車研究所綜合效率討論工作組2011年實(shí)施的調(diào)查結(jié)果顯示，燃料電池車行駛1公里的二氧化碳排放量與混合動(dòng)力車相同或略高一些。只有使用利用燃燒后二氧化碳排放量最少的天然氣進(jìn)行重整制成的氫，才能夠比混合動(dòng)力車減少一成左右的二氧化碳排放。

日產(chǎn)汽車純電動(dòng)汽車系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)、策劃及先行技術(shù)開發(fā)本部FCEV開發(fā)推進(jìn)室主管森春仁說：“如果希望社會(huì)能夠?qū)崿F(xiàn)低碳，最好的作法就是利用可再生能源制造的二氧化碳零排放氫來驅(qū)動(dòng)燃料電池車。”必不可少的是構(gòu)筑與二氧化碳捕集及封存(CCS)技術(shù)等組合使用的氫供應(yīng)網(wǎng)，二氧化碳捕集及封存技術(shù)可阻止向大氣中排放由化石燃料重整生成的二氧化碳。

純電動(dòng)汽車在行駛過程中同樣也不會(huì)排放二氧化碳，那么如何向消費(fèi)者宣傳燃料電池車與其相比具有哪些優(yōu)勢(shì)，這也是燃料電池車的一大課題。燃料電池車的優(yōu)勢(shì)是毫不遜色于汽油車的行駛距離。日產(chǎn)的純電動(dòng)汽車“LEAF”充電一次可續(xù)航行駛228公里。而該公司的“X-TRAILFCV”為500公里。

日產(chǎn)的“X-TRAILFCV”。計(jì)劃2017年向市場(chǎng)投放新型燃料電池車。

另外，純電動(dòng)汽車即使使用快速充電器，充滿電也需要30分鐘。而燃料電池車在加氫站裝滿氫只需3分鐘左右。不過，純電動(dòng)汽車可以在電價(jià)低廉的夜間充電，與氫相比，可減少燃料費(fèi)。

森春仁主管認(rèn)為：“將來會(huì)是純電動(dòng)汽車與燃料電池車共存的社會(huì)。”他接著又說道：“燃料電池車需要配備燃料電池和輔機(jī)，因此成本容易提高，銷售價(jià)格也容易上升。根據(jù)用戶行駛的地區(qū)，電和氫哪種價(jià)格更便宜也大不相同。根據(jù)生活方式和用途，為了給用戶提供更多的選擇，二者共存這種方式最現(xiàn)實(shí)。”

充分利用燃料電池的優(yōu)勢(shì)

汽車廠商特別強(qiáng)調(diào)的是，普及燃料電池車會(huì)給社會(huì)及產(chǎn)業(yè)帶來的乘積效應(yīng)。

其中一點(diǎn)就是為保障能源安全做出貢獻(xiàn)。豐田高橋主管稱：“化石燃料屬于有限資源。而資源較少的日本需要確保能源安全。”

隨著新興市場(chǎng)國(guó)家的發(fā)展，今后化石燃料的供求會(huì)日趨緊張，燃料價(jià)格可能暴漲。高橋稱：“提高汽油車和混合動(dòng)力車的節(jié)能性能，可減少石油的消耗量。與此同時(shí)，通過普及插電式混合動(dòng)力車及燃料電池車等來推動(dòng)燃料轉(zhuǎn)換，這點(diǎn)也十分重要。”

企業(yè)期待的另一個(gè)效果是強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及競(jìng)爭(zhēng)力。本田技術(shù)研究所四輪R&D中心第5技術(shù)開發(fā)室高級(jí)研究員守谷隆史稱：“燃料電池車具有維持汽車、部件、材料、能源企業(yè)等現(xiàn)有汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并引導(dǎo)其發(fā)展的潛力。也是既能維持產(chǎn)業(yè)又能減排二氧化碳的寶貴產(chǎn)品。”

實(shí)際上，日本已經(jīng)在燃料電池領(lǐng)域申請(qǐng)了很多專利。遙遙領(lǐng)先于歐美、中國(guó)和韓國(guó)，在全球占有大約6成的份額。在很多部件材料方面，日本廠商都占有全球最高份額，例如燃料電池的催化劑、電解質(zhì)膜和隔膜等零部件、碳纖維復(fù)合材料制成的高壓氫燃料罐等。

東麗公司在氫燃料罐和電極材料領(lǐng)域占有全球最高份額。該公司還通過開發(fā)與原有產(chǎn)品相比發(fā)電效率更高、價(jià)格也低的碳化氫類電解質(zhì)膜等，在燃料電池的零部件領(lǐng)域提升了影響力。

東麗董事、復(fù)合業(yè)務(wù)部長(zhǎng)須賀康雄說：“在燃料電池相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，正吹著前所未有的東風(fēng)?，F(xiàn)在是轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)低碳社會(huì)的絕好時(shí)機(jī)。”

不過，也有分析認(rèn)為不能疏忽大意。據(jù)稱日本即使具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但在燃料電池車銷量方面估計(jì)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美。德勤咨詢公司的調(diào)查結(jié)果顯示，到2025年，日本的燃料電池車普及數(shù)量約為20萬輛，而美國(guó)將增至85萬輛，歐洲將增至71萬輛。

美國(guó)通過重整頁巖氣制造氫，其供應(yīng)價(jià)格并不比汽油等高。這將推動(dòng)燃料電池車的普及。另外，在歐美，政府方面積極支援加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也是原因之一。

那么，日本開發(fā)的燃料電池車會(huì)怎樣發(fā)展?為了擴(kuò)大普及，是否實(shí)施有效的政策支援，估計(jì)這會(huì)影響燃料電池車的發(fā)展方向。