2026-04-11 22:00:51
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中國客車網消息:nengyuanwuyishidangjinquanshijiegongtongguanzhudeyidahuati,shouquanqiunengyuanxiaofeiliangbuduanzengchanghenengyuanxiaohaodaozhideqihouwenti,yuelaiyueduodeyoushizhishirenwei,qingranliaodianchiqichezuoweiyizhongzhenzhengyiyishangde“零排放,無汙染”載zai運yun工gong具ju,是shi未wei來lai新xin能neng源yuan清qing潔jie動dong力li汽qi車che的de必bi然ran方fang向xiang,氫qing燃ran料liao電dian池chi汽qi車che研yan發fa與yu量liang產chan,必bi將jiang成cheng為wei全quan球qiu汽qi車che工gong業ye領ling域yu的de一yi場chang新xin革ge命ming。而er衣yi寶bao廉lian,正zheng是shi這zhe方fang麵mian的de專zhuan家jia。
氫燃料電池汽車專家衣寶廉
衣寶廉,中國工程院院士,原國家863《電動汽車重大專項》專家組成員和燃料電池發動機責任專家,中國科學院大連化學物理研究所研究員,新源動力股份有限公司名譽董事長。
yibaoliansuozaidezhongkeyuandalianhuawusuoshiguoneizuizaokaizhanranliaodianchijishudekeyanjigou,congshiranliaodianchideyanjiuhekaifayiyouyusishiniandelishi。jingguosishinianduoniantebieshizuijinjiniandekuaisufazhan,dalianhuawusuozairanliaodianchilingyuyoulehenhaodejishujileiherencaichubei,shigongrendeguoneiyiliuderanliaodianchiyanfadanwei,bingzaiguojitongxingzhongjuyouxiangdangdediwei。zaichangqideyanfaguochengzhong,dalianhuawusuoxingchenglejiaowanzhengderanliaodianchihedianjiechizhishichanquantixi,zaicuihuaji、離子交換膜、膜電極、雙極板、電堆、燃料電池係統、檢測與控製等方麵申報國家發明專利200餘項,形成了燃料電池自主知識產權體係。
經(jing)過(guo)四(si)十(shi)多(duo)年(nian)的(de)研(yan)究(jiu),衣(yi)寶(bao)廉(lian)院(yuan)士(shi)越(yue)來(lai)越(yue)深(shen)刻(ke)地(di)認(ren)識(shi)到(dao),我(wo)國(guo)車(che)用(yong)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)產(chan)業(ye)化(hua)必(bi)須(xu)解(jie)決(jue)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)問(wen)題(ti)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)人(ren)了(le)解(jie),為(wei)此(ci),他(ta)對(dui)中(zhong)國(guo)客(ke)車(che)網(wang)詳(xiang)細(xi)解(jie)釋(shi)了(le)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)原(yuan)理(li)和(he)曆(li)史(shi)沿(yan)革(ge),以(yi)及(ji)他(ta)的(de)研(yan)發(fa)團(tuan)隊(dui)的(de)成(cheng)果(guo),並(bing)指(zhi)出(chu)了(le)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)商(shang)業(ye)化(hua)必(bi)須(xu)要(yao)解(jie)決(jue)的(de)技(ji)術(shu)問(wen)題(ti)。
氫燃料電池的原理
衣寶廉院士告訴中國客車網,燃料電池之所以叫“電池”兩個字,因為它的發電原理是電化學的,跟鋰電池、鋅(xin)錳(meng)幹(gan)電(dian)池(chi)是(shi)完(wan)全(quan)一(yi)樣(yang)的(de)。它(ta)是(shi)用(yong)一(yi)張(zhang)隔(ge)膜(mo)把(ba)一(yi)個(ge)氧(yang)化(hua)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)分(fen)為(wei)兩(liang)部(bu)分(fen),一(yi)部(bu)分(fen)發(fa)生(sheng)氧(yang)化(hua)反(fan)應(ying),一(yi)部(bu)分(fen)發(fa)生(sheng)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying),就(jiu)構(gou)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)電(dian)池(chi)。
但是燃料電池的工作方式跟日常使用的幹電池是不一樣的,燃料電池是一個能量轉化係統,它要供給氫氣、空kong氣qi,作zuo為wei電dian化hua學xue反fan應ying產chan物wu的de水shui要yao排pai出chu來lai,就jiu跟gen傳chuan統tong內nei燃ran機ji一yi樣yang工gong作zuo是shi要yao有you汽qi油you和he空kong氣qi供gong給gei,要yao排pai出chu來lai二er氧yang化hua碳tan,因yin此ci氫qing燃ran料liao電dian池chi的de工gong作zuo方fang式shi是shi內nei燃ran機ji式shi的de。氫qing燃ran料liao電dian池chi的de一yi節jie工gong作zuo電dian壓ya小xiao於yu1V(一般額定輸出電壓為0.6-0.7V左右),航天設備使用電壓一般為28V,乘用車一般為300V左右,大客車600V左右,為了滿足實際應用需求,燃料電池需要成百、千節單電池串聯起來形成電堆,其中一致性是非常關鍵的。


據衣寶廉院士介紹,從國際上來看,氫燃料電池車到現在分三個發展階段。
第一階段為1990年到2005年。1990年美國能源署開始製訂氫能和燃料電池研發和示範項目,世界發達國家(地區)紛紛加緊氫能與燃料電池的研發部署。當時人們對這項技術的攻關難度理解不夠,以為燃料電池車可能在1995年左右實現產業化,以至於巴拉德公司股票漲到190多duo美mei元yuan,實shi際ji上shang做zuo出chu的de三san輛liang氫qing燃ran料liao電dian池chi車che在zai試shi驗yan階jie段duan穩wen定ding運yun行xing很hen好hao,放fang在zai芝zhi加jia哥ge上shang路lu運yun行xing不bu到dao一yi個ge月yue全quan部bu垮kua掉diao,大da家jia這zhe才cai意yi識shi到dao燃ran料liao電dian池chi不bu適shi用yong於yu汽qi車che的de工gong況kuang。
第二個階段是2005年到2012年。用了7年時間終於解決了燃料電池的工況適應性問題,燃料電池比功率達到了2kW/L,在零下30oC也能儲存和啟動,基本上滿足了車用要求。
第三階段是2012年到現在,豐田燃料電池比功率達到了3.1 kW/L,並在2014年12月15日宣布,“未來”氫燃料電池車實現商業化,進入了商業推廣階段,其後,本田與現代也推出了燃料電池商業化車。因此,從商業化角度,有人把2015年譽為燃料電池汽車的元年。

據中國客車網了解,當前國際氫燃料電池汽車的現狀為:氫燃料電池汽車已經渡過技術開發階段,進入到市場導入階段。燃料電池發動機功率密度大幅提升,已經達到傳統內燃機的水平;基於70MPa儲氫技術,續駛裏程達到傳統車水平(燃料填充<5min);燃料電池壽命滿足商用要求(5000hrs) ;低溫環境適應性提高,可適應-30℃氣候,車輛適用範圍達到傳統車水平 。通過技術進步降低成本、批量製造的開發、以及加氫站的建設成為下一步研發重心;鉑用量的降低,特別是采用非鉑催化劑是長期而艱巨的任務
衣寶廉認為,現在產業化的關鍵問題是進一步建立生產線、降jiang低di成cheng本ben和he加jia氫qing站zhan的de建jian設she。這zhe是shi目mu前qian全quan球qiu燃ran料liao電dian池chi汽qi車che發fa展zhan的de共gong同tong問wen題ti。從cong燃ran料liao電dian池chi發fa動dong機ji來lai看kan,它ta現xian在zai可ke以yi做zuo到dao跟gen內nei燃ran機ji互hu換huan,就jiu是shi體ti積ji可ke以yi跟gen內nei燃ran機ji進jin行xing互hu換huan。從cong壽shou命ming來lai看kan,大da巴ba車che已yi經jing達da到dao了le1.8萬小時,小車也超過了5千小時,功勞主要是采用了“電-電”混合方式,即二次電池與燃料電池混合驅動策略,使燃料電池在相對平穩狀態工作,大幅提高了燃料電池的耐久性。
從成本來看,目前如果按年產50萬輛計,燃料電池每千瓦成本大約是49美元,這個價格是可以接受的。業內有種看法是燃料電池汽車受鉑(Pt)資源的限製,現在氫燃料電池鉑用量國際先進水平能做到0.2g/kW,國內目前水平是0.4g/kW左右,產業化的需求是要降低到小於0.1g/kW。小於0.1g/kW是什麼概念?據衣寶廉院士介紹,就是跟汽車尾氣淨化器用的貴金屬量相當,這是需要依靠技術進步逐步實現的。
衣yi寶bao廉lian院yuan士shi透tou露lu,現xian在zai國guo際ji各ge大da汽qi車che公gong司si競jing爭zheng的de技ji術shu水shui平ping都dou是shi在zai燃ran料liao電dian池chi小xiao轎jiao車che上shang體ti現xian,而er小xiao轎jiao車che對dui加jia氫qing站zhan的de數shu量liang依yi賴lai度du較jiao高gao,當dang加jia氫qing站zhan不bu能neng夠gou達da到dao像xiang加jia油you站zhan那na麼me普pu及ji時shi,選xuan擇ze大da巴ba車che、物(wu)流(liu)車(che)或(huo)軌(gui)道(dao)交(jiao)通(tong)車(che)發(fa)展(zhan)是(shi)比(bi)較(jiao)實(shi)際(ji)的(de)做(zuo)法(fa)。也(ye)就(jiu)是(shi)對(dui)加(jia)氫(qing)站(zhan)依(yi)賴(lai)度(du)越(yue)低(di),越(yue)容(rong)易(yi)首(shou)先(xian)實(shi)現(xian)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)車(che)產(chan)業(ye)化(hua),不(bu)會(hui)讓(rang)用(yong)戶(hu)產(chan)生(sheng)加(jia)氫(qing)焦(jiao)慮(lv)。
衣(yi)寶(bao)廉(lian)說(shuo),從(cong)全(quan)球(qiu)發(fa)展(zhan)來(lai)看(kan),燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)車(che)現(xian)在(zai)已(yi)經(jing)進(jin)入(ru)商(shang)業(ye)化(hua)導(dao)入(ru)期(qi),當(dang)下(xia)的(de)焦(jiao)點(dian)就(jiu)是(shi)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)和(he)加(jia)氫(qing)站(zhan)的(de)建(jian)設(she)。燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)動(dong)機(ji)從(cong)性(xing)能(neng)、體積上可以實現與傳統內燃機互換,低溫適應性可以達到-30℃,行駛裏程可以達到700公裏,一次加氫小於5分fen鍾zhong,跟gen燃ran油you車che效xiao果guo完wan全quan是shi一yi樣yang的de。隨sui著zhe企qi業ye界jie的de參can與yu,產chan品pin工gong藝yi的de定ding型xing,批pi量liang生sheng產chan線xian的de建jian立li,以yi及ji關guan鍵jian材cai料liao與yu部bu件jian國guo產chan化hua,相xiang信xin燃ran料liao電dian池chi成cheng本ben會hui得de到dao大da幅fu度du降jiang低di。此ci外wai,要yao加jia大da力li度du推tui進jin加jia氫qing站zhan的de建jian設she,目mu前qian,國guo內nei一yi些xie能neng源yuan公gong司si、工gong業ye副fu產chan氫qing公gong司si及ji地di方fang政zheng府fu對dui加jia氫qing站zhan建jian設she表biao現xian了le極ji大da的de興xing趣qu,紛fen紛fen製zhi定ding規gui劃hua投tou入ru開kai發fa,開kai始shi從cong事shi加jia氫qing站zhan的de建jian設she,從cong數shu量liang上shang逐zhu漸jian滿man足zu區qu域yu性xing加jia氫qing(如公交運營線、物流區等)需求。

國內燃料電池汽車發展
據中國客車網了解,國內目前用於示範的氫燃料電池汽車已達200餘輛,累計運行裏程十餘萬公裏,雖然性能已經與國際水平接近,但成本、耐久性等方麵亟待改善 。
據衣寶廉院士介紹,我國的氫燃料電池車已經進行了十幾年的研發,從“九五”開始,現在進入“十三五”,是第20個年頭。
2008年北京奧運會23輛車,其中3輛大巴,20輛轎車。2009年有16輛車到美國加州進行了試驗。2010年上海世博會,一共是196輛燃料電池車參加了運營。燃料電池功率是50kW,鋰電池的功率是20kW,此外,還參加了新加坡的世青賽。北京奧運會用的公交車在北京801路上進行了示範運行,燃料電池的功率是80kW。
在這之後,上汽進行了2014創新征程萬裏行,燃料電池車、純電動車和插電式混合動力車三種車型參加了示範,燃料電池汽車在全國14個省市自治區25個城市運行,超越10000公裏,接受了沿海潮濕、高原極寒、南方濕熱、北方幹燥的考驗。客車方麵宇通推出了第三代燃料電池客車,氫燃料加注時間僅需10分鍾,測試工況下續航裏程超過600公裏,尤其是成本下降了50%。此外,福田燃料電池客車也亮相北京奧運會和上海世博會,近年來技術又得到提升。近期,上海大通V80氫燃料電池版輕客,采用新源動力電堆驅動,最高車速可達120km/h。

國家公布的《中國製造2025》重點技術領域技術路線圖中,關於新能源汽車發展規劃裏麵提到,到2020年要實現燃料電池關鍵材料批量化生產的質量控製和保證能力;在2025之前,我國氫能汽車方麵的製氫、加jia氫qing等deng配pei套tao基ji礎chu設she施shi基ji本ben完wan善shan,燃ran料liao電dian池chi汽qi車che實shi現xian區qu域yu小xiao規gui模mo運yun行xing。為wei了le推tui行xing氫qing能neng燃ran料liao電dian池chi汽qi車che,國guo家jia出chu台tai了le相xiang應ying的de補bu貼tie政zheng策ce,同tong時shi國guo務wu院yuan辦ban公gong廳ting提ti出chu:對符合國家技術標準且日加氫能力不少於200公斤的新建燃料電池車加氫站每個站獎勵400萬元。相信沿著這個目標,中國的氫燃料電池汽車,尤其是氫燃料電池客車必定會有一個大的發展機會。
五大建議促氫燃料電池汽車產業化
針對中國氫燃料電池汽車發展問題,衣寶廉院士結合多年研發和實踐工作,著重講了他的五個建議,分別是:
─,shixianguanjiancailiaodepiliangshengchan。xiwangyouzhiyuranliaodianchishiyedeqiyejia,touzijianliranliaodianchiguanjiancailiaoyubujiandepiliangshengchanxian,shixianranliaodianchiguanjiancailiaoyubujiandepiliangshengchan,jianlijianquanranliaodianchidechanyelian。
二(er),提(ti)高(gao)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)堆(dui)和(he)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)耐(nai)久(jiu)性(xing)。希(xi)望(wang)研(yan)究(jiu)車(che)用(yong)工(gong)況(kuang)下(xia)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)衰(shuai)減(jian)機(ji)理(li)的(de)科(ke)研(yan)單(dan)位(wei)與(yu)生(sheng)產(chan)電(dian)堆(dui)和(he)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)的(de)單(dan)位(wei)真(zhen)誠(cheng)合(he)作(zuo),開(kai)發(fa)控(kong)製(zhi)電(dian)堆(dui)衰(shuai)減(jian)的(de)實(shi)用(yong)方(fang)法(fa),大(da)幅(fu)度(du)提(ti)高(gao)電(dian)堆(dui)與(yu)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)與(yu)耐(nai)久(jiu)性(xing)。
三,加快車用燃料電池係統用空壓機與70MPa氫瓶的研發和加氫站建設。加大科研投入,聯合攻關;空壓機也可采用引進技術,合資建廠。
四,加速轎車用燃料電池技術的開發。開發長壽命的薄金屬雙極板,大幅度提高燃料電池堆的重量比功率與體積比功率;開發有序化的納米薄層電極,大幅度降低電池的鉑用量和提高電池的工作電流密度;采用立體化流場,減少傳質極化。
五,加強整車的示範運行與安全實驗。擴大燃料電池電汽車示範運行。
針對國內氫燃料電池汽車市場化上述五個建議,衣寶廉院士詳細解釋如下:
第一是關於實現關鍵材料的批量生產。
目前,我們國產發動機為什麼比國外貴?其中一個因素就是我們的材料都是進口,這些材料,包括催化劑、隔膜、碳紙等。其實這方麵國內已經取得了一定的研發成果,如國內的催化劑、複合膜、碳紙等從技術水平上已經達到或超過國外商業化產品,急需產業界投入建立批量生產線,實現國產化。
第二是提高電堆與係統的可靠性和耐用性。
現在中國的氫燃料電池車整體而言其實不比德國的、美國的、ribendechecha,dankekaoxinghenaiyongxinghaiyoudaiyutigao。suoyiwoxiwangyanjiuchezaigongkuangxiaranliaodianchishuaijianjinengdekeyandanweiyudianduishengchanhedianchixitongdedianchishengchandanweizhenchenghezuo。
燃料電池係統的壽命不完全是由電堆決定的,還依賴與係統的配套,包括燃料供給、氧化劑供給、shuireguanlihediankongdengdeng,xitongneibuguanxigaobuhao,dianduizailibianshenghuohuanjingjiubuhao。jiuxiangxianzaiguorenjiangyangsheng,shouxianshishentijiyin,gengzhongyaodeshishenghuohuanjing、個人保健等等一係列事情,電池的壽命也是一樣的。
我wo們men大da連lian化hua物wu所suo在zai燃ran料liao電dian池chi衰shuai減jian機ji理li及ji控kong製zhi策ce略lve方fang麵mian已yi經jing開kai展zhan了le一yi些xie卓zhuo有you成cheng效xiao的de工gong作zuo。研yan究jiu表biao明ming采cai用yong限xian電dian位wei控kong製zhi策ce略lve,可ke以yi顯xian著zhu降jiang低di燃ran料liao電dian池chi啟qi動dong停ting車che、怠速等過程引起的高電位的衰減。采用“電-電”混合策略,可以平緩燃料電池輸出功率的變化幅度,對延長燃料電池的壽命起到了決定性的作用。此外,氫側循環泵、MEA在線水監測等措施可以有效地改善陽極水管理,可以提高燃料電池耐久性。
第三是關於燃料電池係統用的空壓機與70MPa氫瓶的研發及加氫站的建設。
zheshishejidaoranliaodianchishifanyunxingdeyigedawenti。xiwangwomenguojianenggoujiadakeyantouru,lianhegongguan。jianyuwoguozairanliaodianchichezaikongyajijishufangmianbijiaoboruo,jianyicaiyongyinjinjishuyuzizhukaifaxiangjiehe,jinkuaituijin。gaoyaqingpingfangmian,jianyijinkuaijianli70Mpa IV型(xing)瓶(ping)的(de)法(fa)規(gui)標(biao)準(zhun),氫(qing)瓶(ping)成(cheng)本(ben)還(hai)要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低(di)。加(jia)氫(qing)站(zhan)方(fang)麵(mian),盡(jin)管(guan)國(guo)家(jia)有(you)補(bu)貼(tie)政(zheng)策(ce),但(dan)成(cheng)本(ben)還(hai)是(shi)比(bi)較(jiao)高(gao),近(jin)期(qi),可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)商(shang)用(yong)車(che)或(huo)軌(gui)道(dao)交(jiao)通(tong)車(che)區(qu)域(yu)或(huo)固(gu)定(ding)線(xian)路(lu)運(yun)行(xing)的(de)特(te)點(dian),建(jian)立(li)區(qu)域(yu)性(xing)加(jia)氫(qing)站(zhan),滿(man)足(zu)示(shi)範(fan)運(yun)行(xing)需(xu)求(qiu),隨(sui)著(zhe)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)數(shu)量(liang)的(de)增(zeng)大(da),加(jia)氫(qing)站(zhan)也(ye)會(hui)逐(zhu)步(bu)增(zeng)多(duo),這(zhe)是(shi)市(shi)場(chang)發(fa)展(zhan)的(de)必(bi)然(ran)趨(qu)勢(shi)。
第四,就是加速轎車燃料電池的開發。
商用車看重的是可靠性和耐久性,對質量比功率和體積比功率沒有太高的要求;轎車是各大汽車公司比拚的地方,因為車輛內空間有限,轎車要求重量比功率和體積比功率較高。現在都要達到3kW/L以上。國內我們大連化物所電堆體積比功率已經達到了2.7kW/L,接近國際先進水平。還要在高活性催化劑、低Pt電極、有序化MEA、3D流場方麵做些研究工作。
第五就是加速燃料電池汽車示範及安全實驗。
最近聯合國環境開發署三期“促進中國燃料電池汽車商業化發展”示範項目已經啟動,計劃在北京、上海、鄭州、佛山、鹽城5個城市進行燃料電池汽車示範。此外,雲浮等地方政府也在積極推動示範運行項目,這是個好事,但還遠遠不夠,還要加大示範力度。
再就是安全性問題是老百姓比較關注的事情。一聽說燃料電池帶高壓氫,大家都害怕。其實氫氣比較輕,它的擴散係數是汽油的22倍bei,氫qing氣qi漏lou出chu來lai以yi後hou很hen快kuai就jiu向xiang上shang擴kuo散san了le,不bu像xiang汽qi油you,漏lou出chu來lai以yi後hou就jiu滯zhi留liu在zai車che的de旁pang邊bian。汽qi油you著zhe火huo是shi圍wei繞rao車che燒shao的de,氫qing氣qi的de火huo是shi在zai車che輛liang上shang方fang的de,所suo以yi氫qing氣qi在zai開kai放fang空kong間jian裏li是shi非fei常chang安an全quan的de。但dan氫qing氣qi在zai封feng閉bi空kong間jian的de安an全quan性xing要yao引yin起qi足zu夠gou重zhong視shi,如ru家jia用yong氫qing燃ran料liao電dian池chi車che在zai車che庫ku裏li,這zhe個ge車che庫ku要yao加jia氫qing傳chuan感gan器qi,而er且qie要yao加jia上shang通tong風feng裝zhuang置zhi,以yi防fang發fa生sheng危wei險xian。現xian階jie段duan建jian議yi載zai有you氫qing燃ran料liao的de車che最zui好hao露lu天tian停ting放fang。
總(zong)之(zhi),目(mu)前(qian)我(wo)國(guo)政(zheng)府(fu)非(fei)常(chang)重(zhong)視(shi)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)的(de)發(fa)展(zhan),燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)迎(ying)來(lai)了(le)好(hao)的(de)發(fa)展(zhan)機(ji)遇(yu)。科(ke)研(yan)院(yuan)所(suo)與(yu)企(qi)業(ye)界(jie)要(yao)聯(lian)合(he)攻(gong)關(guan),繼(ji)續(xu)完(wan)善(shan)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)鏈(lian),發(fa)展(zhan)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)產(chan)業(ye)鏈(lian),加(jia)快(kuai)促(cu)進(jin)我(wo)國(guo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)商(shang)業(ye)化(hua)發(fa)展(zhan)。