車(chē)用燃料電池需解決商業(yè)化挑戰(zhàn)

燃料電池需要考慮各種車(chē)用工況下的可靠性和耐久性問(wèn)題。從上世紀(jì)90年代到2005年，國(guó)際上解決了燃料電池對(duì)車(chē)用工況的適用問(wèn)題。從2005年到2012年，燃料電池的成本實(shí)現(xiàn)了下降，其成本已經(jīng)接近純電動(dòng)汽車(chē)，稍貴一點(diǎn)。之后，2015年成為了燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展元年，實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)化。

其實(shí)，在2014年12月15日，豐田Mirai氫燃料電池車(chē)在日本正式上市，宣布成功商業(yè)化，同時(shí)宣布它的專(zhuān)利不收費(fèi)，這對(duì)整個(gè)行業(yè)意義重大。但是由于加氫站的制約，豐田在推廣氫燃料電池小轎車(chē)之后，轉(zhuǎn)向了大巴車(chē)型，并從2015年開(kāi)始在東京做示范運(yùn)行。

目前，本田等各大公司也在推出燃料電池新型嬌車(chē)。最近，本田正與通用合作，建設(shè)燃料電池堆生產(chǎn)線。今后，隨著各大企業(yè)燃料電池堆生產(chǎn)線的建設(shè)，燃料電池的產(chǎn)量將會(huì)成倍增加。

就電池系統(tǒng)而言，受工況影響，燃料電池產(chǎn)業(yè)花了15年時(shí)間才解決了燃料電池在不同工況狀態(tài)下的車(chē)用需求，使用時(shí)間達(dá)到5千到1萬(wàn)小時(shí)。工況對(duì)性能影響非常大，解決工況問(wèn)題，首先要上電電混合，把工況變化壓力傳給鋰電池，燃料電池在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行，壽命大幅度提高。其次要防止電池長(zhǎng)期處在大于0.85的高電壓下工作，在怠速、開(kāi)路時(shí)可給二次電池充電，給水箱加熱或利用空氣循環(huán)。對(duì)車(chē)的啟停，要采用放電的方法，消除空氣進(jìn)入氫腔引起的高電壓等?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外的差距主要是在電堆的陽(yáng)極水管理方面。我們希望國(guó)內(nèi)做發(fā)動(dòng)機(jī)的企業(yè)盡快把這件事情做好，燃料電池的使用時(shí)間就有望提高1000-2000小時(shí)。

我們也希望科研機(jī)構(gòu)能夠與生產(chǎn)單位進(jìn)行深層合作，把控制衰減的方法更好地運(yùn)用到電池系統(tǒng)當(dāng)中。但是，這些在單池已證明的各種有效方法，應(yīng)用到電堆上，還有很多工作需要做，我們希望能夠通過(guò)真誠(chéng)合作來(lái)提高電堆的可靠性和耐久性。

從國(guó)際上看，空壓機(jī)成本下降速度比較慢。要想降低燃料電池系統(tǒng)的成本，降低空壓機(jī)和氫循環(huán)泵的成本很重要，氫氣瓶的成本也需要大幅度下降。綜合來(lái)看，燃料電池汽車(chē)成本下降對(duì)燃料電池、空壓機(jī)、氫瓶、氫循環(huán)泵成本控制都要有嚴(yán)格要求。

在空壓機(jī)領(lǐng)域，比如佛山某廠商生產(chǎn)的空壓機(jī)，它的主要問(wèn)題是噪聲比較大，可靠性稍微偏低。在氫氣瓶制造方面，我們已經(jīng)在生產(chǎn)35MPa的氫氣瓶，75MPa的氫氣瓶還在研發(fā)當(dāng)中。只有采用塑料內(nèi)膽(可鍍)，才能用低強(qiáng)度的碳纖維，這樣氫瓶的成本也能降下來(lái)，但這需要進(jìn)行大量的研發(fā)工作。

空壓機(jī)、高壓儲(chǔ)氫瓶是制約我們進(jìn)一步大幅度降低燃料電池成本的關(guān)鍵問(wèn)題。我們也希望國(guó)家能夠提供支持，解決這方面的問(wèn)題。另外，我們還需要盡快制定大巴車(chē)的安全標(biāo)準(zhǔn)，比如氫氣瓶到底能不能放在車(chē)底下，氫氣管線特別是接頭部分允不允許通過(guò)駕駛艙和載客艙等。我們還需要考慮撞車(chē)以后，燃料電池的高壓如何解決?比如，目前豐田采用的是一個(gè)堆，一旦發(fā)生碰撞，一個(gè)堆200多伏電壓，而且里面有殘存氫，這將是非常危險(xiǎn)的。這些問(wèn)題都需要從實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行解決，實(shí)現(xiàn)撞車(chē)后燃料電池電堆電壓迅速降至安全電壓以下。

碳紙這塊，國(guó)內(nèi)主要是中南大學(xué)在進(jìn)行研發(fā)，產(chǎn)品性能已超日本Torry公司，但是在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，這主要是因?yàn)槿鄙儋Y金支持。現(xiàn)在，企業(yè)不太愿意對(duì)其進(jìn)行投資，主要是考慮到短期內(nèi)的資金利潤(rùn)率。因此，燃料電池關(guān)鍵材料的商業(yè)化問(wèn)題、生產(chǎn)線的建立問(wèn)題，是整個(gè)行業(yè)必須面臨的最大問(wèn)題。

對(duì)薄金屬雙極板，沖壓和激光焊接方面，我們的技術(shù)都已經(jīng)過(guò)關(guān)了，剩下的是表面改性技術(shù)，比如用等離子噴涂進(jìn)行表面改性。我們用金屬雙極板做出的電堆，工作電流密度是1安倍，比國(guó)際上的1.5安培的低，因此電堆的功率密度也比豐田、通用的低。

采用電噴涂制備的新型膜電極組件(MEA)比一般噴涂的產(chǎn)品性能好一點(diǎn)。而且在有序化電極方面，我們也做到了接近3M公司的水平，但是這種方法難以批量生產(chǎn)，需要對(duì)其進(jìn)行改造，以適應(yīng)批量生產(chǎn)工藝要求。

我們與國(guó)外的差距部分還有MEA的在線水含量測(cè)量，這也是豐田的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。我們需要向國(guó)外學(xué)習(xí)，比如豐田不僅能夠在線測(cè)量MEA水含量，而且能夠在線控制MEA水含量。目前，世界上在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，也只有豐田有這種在線水含量測(cè)量能力。

就加氫站的建設(shè)而言，我們已經(jīng)掌握了相關(guān)技術(shù)，但是仍然需要考慮，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化以后如何降低成本的問(wèn)題。現(xiàn)在，我們需要花近1400萬(wàn)元才建設(shè)一個(gè)加氫站，國(guó)家補(bǔ)助400萬(wàn)元。加氫站建設(shè)還需進(jìn)一步降低成本。

在示范運(yùn)行方面，宇通在生產(chǎn)燃料電池大巴車(chē)領(lǐng)域是國(guó)內(nèi)比較早的，目前已經(jīng)做到四代產(chǎn)品了。宇通還建了加氫站，這在私企當(dāng)中是第一家。目前，宇通的加氫站已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行了。福田和億華通合作，也在生產(chǎn)燃料電池客車(chē)。廣州國(guó)鴻氫能科技公司的巴拉德的膨脹石墨雙極板生產(chǎn)線已經(jīng)建起來(lái)了，與巴拉德合作開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品主要是大巴車(chē)，目前已經(jīng)有30多輛車(chē)開(kāi)始了示范化運(yùn)營(yíng)。

目前，國(guó)內(nèi)車(chē)用燃料電池發(fā)展有二條技術(shù)路線，一條以新源動(dòng)力為代表的的自主研發(fā)，應(yīng)進(jìn)一步提高電池系統(tǒng)的可靠性與耐久性，并降低電堆的成本和鉑用量。另一條以廣州國(guó)鴻氫能科技公司為代表的引進(jìn)加拿大Ballard技術(shù)，希望能消化吸收并再創(chuàng)新，比如解決引進(jìn)技術(shù)的電堆不適于在零下溫度儲(chǔ)存和啟動(dòng)問(wèn)題。