侯中軍博士談關於燃料電池汽車相關問題

　　最(zui)近(jin)不(bu)少(shao)由(you)國(guo)外(wai)回(hui)來(lai)的(de)朋(peng)友(you)告(gao)訴(su)我(wo)，燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)有(you)許(xu)多(duo)新(xin)進(jin)展(zhan)，需(xu)要(yao)引(yin)起(qi)我(wo)們(men)的(de)關(guan)注(zhu)。前(qian)不(bu)久(jiu)遇(yu)到(dao)大(da)連(lian)新(xin)源(yuan)動(dong)力(li)股(gu)份(fen)有(you)限(xian)公(gong)司(si)暨(ji)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)國(guo)家(jia)工(gong)程(cheng)研(yan)究(jiu)中(zhong)心(xin)的(de)侯(hou)中(zhong)軍(jun)博(bo)士(shi)，與(yu)他(ta)交(jiao)談(tan)受(shou)益(yi)匪(fei)淺(qian)，更(geng)覺(jiao)得(de)有(you)必(bi)要(yao)將(jiang)國(guo)內(nei)外(wai)有(you)關(guan)進(jin)展(zhan)情(qing)況(kuang)與(yu)他(ta)的(de)觀(guan)點(dian)向(xiang)大(da)家(jia)做(zuo)一(yi)個(ge)介(jie)紹(shao)
，對(dui)我(wo)們(men)研(yan)究(jiu)與(yu)製(zhi)定(ding)有(you)關(guan)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)發(fa)展(zhan)戰(zhan)略(lve)與(yu)政(zheng)策(ce)有(you)參(can)考(kao)。我(wo)整(zheng)理(li)了(le)幾(ji)個(ge)自(zi)認(ren)為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)問(wen)題(ti)
，請(qing)侯(hou)博(bo)士(shi)做(zuo)個(ge)書(shu)麵(mian)回(hui)答(da)，現(xian)在(zai)發(fa)表(biao)在(zai)這(zhe)裏(li)，與(yu)大(da)家(jia)一(yi)起(qi)討(tao)論(lun)。 1，有人說，國內外政府和產業界對燃料電池汽車實現產業化的預期有所下降。情況是這樣嗎
？ 侯中軍答：在(zai)大(da)約(yue)十(shi)年(nian)前(qian)
，由(you)美(mei)國(guo)政(zheng)府(fu)推(tui)動(dong)，帶(dai)動(dong)世(shi)界(jie)多(duo)國(guo)推(tui)出(chu)了(le)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)在(zai)汽(qi)車(che)領(ling)域(yu)的(de)產(chan)業(ye)化(hua)規(gui)劃(hua)
，進(jin)而(er)推(tui)動(dong)了(le)各(ge)大(da)汽(qi)車(che)開(kai)發(fa)商(shang)進(jin)行(xing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)產(chan)業(ye)化(hua)的(de)工(gong)作(zuo)。客(ke)觀(guan)上(shang)講(jiang)，當(dang)時(shi)的(de)規(gui)劃(hua)輕(qing)視(shi)了(le)諸(zhu)多(duo)技(ji)術(shu)、產品和市場轉化過程中的關鍵問題
，對技術進展
、基礎設施、市shi場chang培pei育yu過guo程cheng等deng問wen題ti估gu計ji比bi較jiao樂le觀guan，當dang這zhe些xie問wen題ti遇yu到dao障zhang礙ai時shi，客ke觀guan上shang影ying響xiang到dao政zheng府fu及ji產chan業ye界jie對dui燃ran料liao電dian池chi汽qi車che產chan業ye化hua的de預yu期qi。比bi如ru，美mei國guo政zheng府fu近jin兩liang年nian就jiu削xue減jian了le燃ran料liao電dian池chi技ji術shu在zai汽qi車che領ling域yu的de研yan發fa項xiang目mu資zi助zhu

，而er保bao留liu了le燃ran料liao電dian池chi在zai固gu定ding式shi發fa電dian領ling域yu及ji商shang用yong叉cha車che項xiang目mu資zi助zhu。 另一方麵，汽車動力的電氣化革命是一個複雜的係統工程
，既涉及到技術本身的發展水平，也涉及到電動汽車（純電動汽車、燃料電池電動汽車）基礎設施（電池的充電站
、燃料電池的加氫站），同(tong)時(shi)還(hai)涉(she)及(ji)到(dao)市(shi)場(chang)導(dao)入(ru)到(dao)成(cheng)熟(shu)的(de)推(tui)動(dong)及(ji)用(yong)戶(hu)消(xiao)費(fei)習(xi)慣(guan)的(de)改(gai)變(bian)等(deng)，任(ren)何(he)技(ji)術(shu)的(de)最(zui)終(zhong)產(chan)業(ye)化(hua)應(ying)用(yong)都(dou)不(bu)可(ke)能(neng)幾(ji)年(nian)內(nei)一(yi)蹴(cu)而(er)就(jiu)。通(tong)過(guo)十(shi)年(nian)來(lai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)產(chan)業(ye)化(hua)的(de)推(tui)進(jin)過(guo)程(cheng)，以(yi)及(ji)近(jin)兩(liang)年(nian)來(lai)熱(re)火(huo)朝(chao)天(tian)的(de)純(chun)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)汽(qi)車(che)化(hua)工(gong)作(zuo)的(de)經(jing)驗(yan)
，政(zheng)府(fu)及(ji)產(chan)業(ye)界(jie)目(mu)前(qian)越(yue)來(lai)越(yue)理(li)智(zhi)的(de)看(kan)待(dai)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)
，包(bao)括(kuo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)的(de)產(chan)業(ye)化(hua)進(jin)程(cheng)。技(ji)術(shu)和(he)產(chan)業(ye)界(jie)目(mu)前(qian)已(yi)基(ji)本(ben)達(da)成(cheng)共(gong)識(shi)，即(ji)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)在(zai)遠(yuan)程(cheng)

、重載等領域仍具有良好的應用前景，應持續投入開發下去。比如

，德國政府仍大力支持戴姆勒公司、日本政府支持豐田、本田、日產等公司，在燃料電池汽車技術研發及加氫設施建設等方麵繼續推進產業化進程。 我國的情況是國家通過科技部863項目持續支持燃料電池汽車的技術研發工作，“十二五”期間為保持我國電動汽車技術製高點，繼續保持了對燃料電池汽車的支持力度。從產業界來看
，即使在“十五、十一五”燃料電池汽車全球產業化熱潮期間，我國汽車工業界並沒有在燃料電池汽車方麵有過多投入，反而進入“十二五”hou，zairanliaodianchiqichechanyehuaquyulixinghuadedabeijingxia，shangqijituanzhidingleranliaodianchiqichefazhandewunianguihua
，yixinyuandongliweiranliaodianchijishuchanpingongyingshang，kaishitourudaliangzijinyanfaranliaodianchiqiche，zheyeshibidadatuidongwoguoranliaodianchiqichejishu、產品的快速發展，向產業化目標堅實推進。 zongshang，gerenrenweimuqianzhengfujichanyejieduiranliaodianchiqichechanyehuadeyuqibunengjiangyousuojiangdi，ershiquyulixinghua，zheshijishanggengyouliyuranliaodianchiqichejishudefazhanguocheng
，youliyuzhubujiejueranliaodianchiqicheshichanghuayingyongsuoxumianlindegezhongjishuhejingjiwenti。 2
，能不能介紹一下國際上燃料電池汽車產業化的計劃與進展情況？ 侯中軍答：截至目前燃料電池汽車技術發展大致經曆了兩個階段，大約1990年~2005年期間，各大汽車公司逐步關注並分別進行了第一輪燃料電池汽車（FCV）的開發
，比如戴姆勒、福特、豐田
、本田等公司分別基於加拿大Ballard公司燃料電池電堆開發第一代FCV，通過各種燃料電池汽車示範項目驗證了第一代技術，主要特征是燃料電池功率密度可以滿足汽車動力要求，壽命在2000~3000小時範圍，同時成本比較高
；2005nianyihou
，ranliaodianchiqichejishujinrudaodiergefazhanjieduan，jingguodiyilundekaifayingyong
，gedagongsifenfenkaifachuzijideranliaodianchidianduijishu，bingqiedafutigaolegonglvmidu，ershejishoumingyefenfendadao5000小時的產業化目標要求，並且燃料電池汽車成本大幅下降。 德國戴姆勒公司目前開發燃料電池B級車,主要性能已經達到傳統內燃機汽車水平，該車計劃2014年量產，2017年實現成本的進一步下降。 日本豐田公司所開發燃料電池SUV車性能也已經達到傳統內燃機汽車水平，該車計劃2015年達到5萬美元/輛，並進入到市場導入階段。 日本本田公司的FCX clarity轎車和美國通用公司的Equinox SUV也都達到傳統內燃機汽車水平
，成本較大幅下降，都在積極進行市場應用推動，與戴姆勒
、豐田的市場計劃相似。 3，與純電動汽車比較，燃料電池汽車有什麼競爭優勢？如果蓄電池技術進一步得到提高，人們可以安全地使用比能量高於150Wh/kg，甚至200Wh/kg的電池時，發展燃料電池汽車還有必要嗎？ 侯中軍答：純chun電dian動dong汽qi車che與yu燃ran料liao電dian池chi汽qi車che主zhu要yao差cha別bie在zai於yu作zuo為wei主zhu動dong力li的de化hua學xue電dian源yuan不bu同tong，以yi鋰li離li子zi電dian池chi為wei代dai表biao的de蓄xu電dian池chi與yu氫qing燃ran料liao電dian池chi的de技ji術shu差cha異yi也ye導dao致zhi純chun電dian動dong汽qi車che與yu燃ran料liao電dian池chi電dian動dong汽qi車che的de若ruo幹gan不bu同tong，這zhe個ge問wen題ti重zhong點dian針zhen對dui能neng量liang密mi度du進jin行xing討tao論lun。 蓄電池的能量直接存儲在電極材料中，通過充電過程將電能轉化化學能，放電過程又將化學能轉化為電能
，充放電為電化學反應循環；erqingranliaodianchidenengliangwuzhiweiqingqi
，cunchuzaidianchiwaibudechuguanzhong，dianjizhijinxingqidaocuihuadianhuaxuefanyingzuoyong
，bingbuchuneng，erchongfangqingguochengshiwuliguocheng。 yinciqingranliaodianchidianyuandenengliangmiduqujueyuchuguanchuqingliang，congzhegejiaoduqingranliaodianchidianyuangengrongyitongguotigaochuguanqingrongliangertigaozhenggedianyuanxitongnengliangmidu。shijifazhanqingkuangshi
，muqianguojishangranliaodianchiqichedadoucaiyong70MPa氫罐
，儲氫能力可達到6%wt，儲氫係統基本在100kg左右，即車載儲氫為6kg左右（假設有效放氫量為5kg），又每克氫可釋放26.8Ah電量，燃料電池以0.7V典型工作電壓計，每克氫可釋放約19Wh電能
，則目前車載儲氫係統可發電量約為5kg*19wh/g=95kWh
，儲氫係統加燃料電池係統共約300kg，則燃料電池電源係統總能量密度約為316Wh/kg；而目前車用鋰電池係統能量密度基本低於100wh/kg。因(yin)此(ci)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)高(gao)於(yu)鋰(li)電(dian)池(chi)電(dian)源(yuan)
，這(zhe)在(zai)整(zheng)車(che)性(xing)能(neng)上(shang)意(yi)味(wei)著(zhe)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)具(ju)有(you)更(geng)長(chang)的(de)續(xu)駛(shi)裏(li)程(cheng)，目(mu)前(qian)實(shi)際(ji)發(fa)展(zhan)現(xian)狀(zhuang)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci)，各(ge)大(da)公(gong)司(si)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)B級轎車續駛裏程基本達到500km以上
，基於鋰電池的純電動轎車續駛裏程基本低於200km。基於上述分析

，即使150~200wh/kg高能量蓄電池開發成功後


，燃料電池係統能量密度仍占據優勢。 另一方麵，由於鋰離子電池充電通過電化學反應進行，伴隨發生的能量轉化消耗更多熱量（即電能轉化為電池化學能存儲時
，同時放出較多的熱量）
，而er燃ran料liao電dian池chi電dian源yuan係xi統tong氫qing氣qi填tian充chong是shi氣qi體ti壓ya縮suo過guo程cheng，放fang出chu的de熱re量liang較jiao小xiao。因yin此ci鋰li電dian池chi充chong電dian過guo程cheng必bi須xu以yi較jiao慢man的de速su度du進jin行xing，否fou則ze過guo多duo的de熱re量liang會hui帶dai來lai電dian池chi安an全quan性xing問wen題ti，通tong常chang理li想xiang的de充chong電dian時shi間jian要yao幾ji個ge小xiao時shi

，而er燃ran料liao電dian池chi係xi統tong充chong氫qing過guo程cheng則ze可ke以yi在zai幾ji分fen鍾zhong內nei完wan成cheng，而er能neng量liang加jia注zhu時shi間jian直zhi接jie影ying響xiang到dao汽qi車che實shi際ji應ying用yong的de便bian捷jie性xing。從cong這zhe個ge角jiao度du看kan，即ji使shi鋰li離li子zi電dian池chi能neng量liang密mi度du大da幅fu提ti高gao，如ru果guo充chong放fang電dian速su度du問wen題ti無wu法fa解jie決jue，則ze在zai能neng量liang加jia注zhu時shi間jian方fang麵mian燃ran料liao電dian池chi電dian源yuan仍reng具ju有you優you勢shi。 當(dang)然(ran)，上(shang)述(shu)討(tao)論(lun)並(bing)非(fei)強(qiang)調(tiao)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)與(yu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)的(de)優(you)劣(lie)，隻(zhi)是(shi)通(tong)過(guo)目(mu)前(qian)在(zai)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)方(fang)麵(mian)的(de)對(dui)比(bi)，分(fen)析(xi)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)池(chi)車(che)用(yong)領(ling)域(yu)的(de)特(te)點(dian)。鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)由(you)於(yu)直(zhi)接(jie)存(cun)儲(chu)與(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)能(neng)
，能(neng)量(liang)載(zai)體(ti)為(wei)電(dian)
，所(suo)以(yi)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)與(yu)電(dian)網(wang)的(de)結(jie)合(he)較(jiao)容(rong)易(yi)，而(er)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)載(zai)體(ti)為(wei)氫(qing)氣(qi)，基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)建(jian)設(she)難(nan)度(du)更(geng)大(da)。總(zong)之(zhi)
，燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)與(yu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)技(ji)術(shu)上(shang)各(ge)有(you)特(te)點(dian)，應(ying)用(yong)中(zhong)有(you)適(shi)合(he)各(ge)自(zi)特(te)點(dian)的(de)市(shi)場(chang)空(kong)間(jian)
，各(ge)有(you)其(qi)發(fa)展(zhan)空(kong)間(jian)。 4，不言而喻，燃料電池汽車最主要的核心技術是燃料電池技術，經過十五、十一五兩個五年計劃的努力，我也親眼目睹我國車用燃料電池技術的進步。但是，我知道至少有兩個瓶頸問題：壽命與成本距汽車產業化的要求甚遠。您們的看法如何？目前有什麼進展嗎？ 侯中軍答：燃料電池汽車產業化是一個循序漸進的過程，很難確定何種狀態算是達到產業化要求
，目前通常參考美國能源部頒布的三方麵指標，即：燃料電池電堆性能2kW/L
、壽命5000小時和成本低於30$/kW。如果達到上述指標燃料電池汽車可以滿足實際應用要求

，從而實現產業化進程。下麵分別說一下壽命和成本的情況。 關於壽命： 正如第二個問題中所述
，燃料電池汽車第一階段示範應用期間，燃料電池壽命大體在2000多(duo)小(xiao)時(shi)。由(you)於(yu)汽(qi)車(che)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)，負(fu)載(zai)動(dong)態(tai)特(te)性(xing)強(qiang)烈(lie)，而(er)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)多(duo)采(cai)用(yong)純(chun)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)動(dong)力(li)，對(dui)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)功(gong)率(lv)響(xiang)應(ying)要(yao)求(qiu)高(gao)於(yu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)反(fan)應(ying)物(wu)質(zhi)（氫
、氧）的(de)供(gong)應(ying)能(neng)力(li)，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)材(cai)料(liao)加(jia)速(su)衰(shuai)減(jian)，影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)池(chi)的(de)壽(shou)命(ming)。之(zhi)後(hou)各(ge)大(da)汽(qi)車(che)公(gong)司(si)紛(fen)紛(fen)將(jiang)整(zheng)車(che)動(dong)力(li)設(she)計(ji)為(wei)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)與(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)電(dian)混(hun)合(he)動(dong)力(li)係(xi)統(tong)，以(yi)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)為(wei)主(zhu)動(dong)力(li)，這(zhe)樣(yang)通(tong)過(guo)蓄(xu)電(dian)池(chi)輔(fu)助(zhu)降(jiang)低(di)了(le)對(dui)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)動(dong)態(tai)特(te)性(xing)要(yao)求(qiu)

，同(tong)時(shi)對(dui)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)和(he)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)了(le)必(bi)要(yao)的(de)改(gai)進(jin)和(he)優(you)化(hua)，基(ji)於(yu)這(zhe)些(xie)改(gai)進(jin)已(yi)經(jing)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)5000的運行壽命。美國UTC Power開發的燃料電池係統在大巴車上實現了近10000小時的運行壽命；歐洲“Cute二期示範”項目中，燃料電池實際運行壽命大於4000小時壽命；GM
、Toyota、Honda公司燃料電池轎車設計壽命都到達5000小時，目前在進行實際道路運行驗證
；戴姆勒公司的三輛燃料電池Bjichegengshitongguoquanqiuhuanyoudefangshizhengmingqizaigefangmiandadaoleyingyongyaoqiu。ersuizheranliaodianchiqichedebuduanyingyongyouhuajiranliaodianchicailiaojishudekuaisufazhan，cheyongranliaodianchinaijiuxingjishujinbutigaojianggengweixianzhu。yinciranliaodianchishoumingwentimuqianyibushizhiyueranliaodianchiqichechanyehuadezhuyaowenti。woguoranliaodianchiqichekaifajinchengyingjixujiaqiangyanfaheyingyongyanzheng，tongguoxitongdeyouhuahegongchenghuashuipingdetigao

，jinkuaisuoxiaoyuguowaixianjinshuipingdechaju。 關於成本： 不可否認，目前的燃料電池汽車成本仍比較高
，是燃料電池汽車產業化需要麵臨的兩個主要問題之一（另一個是氫氣基礎設施問題）。 如果以年產50萬輛規模計，根據美國能源部報告， 2008年燃料電池係統成本約為55$/kW，根據國際氫能與燃料電池夥伴組織（International Partnership for Hydrogen and Fuel Cell in the Economy）報告，2008年燃料電池係統成本為美國73$/kW
、中國130$/kW
、韓國66$/kW；日本豐田汽車公司的燃料電池SUV車2010年成本削減至1000萬日元（約13萬美元），並宣稱2015年達到5萬美元。 如何看待燃料電池成本高的問題呢？一方麵，大家都清楚的通過量產可以將成本大大降低；另一方麵，燃料電池中Pt催化劑是成本的重要組成部分，而Pt的成本是無法通過量產來降低的
，因此降低Pt用量是燃料電池汽車降低成本的關鍵。目前Pt用量國際較先進的水平是0.8~1.0gPt/kW，比如GM目前的Equanox燃料電池車采用100kw電堆
，用Pt量為80g，下一步計劃降至0.3gPt/kW，即每輛車降至30gPt。而目前傳統內燃機汽車尾氣淨化器中Pt或P檔等貴金屬用量在每輛車3~5g
，如果進一步將催化劑降低至0.03g/kW
，則每輛燃料電池汽車Pt用量可降至3g
，則(ze)與(yu)傳(chuan)統(tong)車(che)貴(gui)金(jin)屬(shu)用(yong)量(liang)相(xiang)當(dang)，從(cong)而(er)解(jie)決(jue)成(cheng)本(ben)問(wen)題(ti)。這(zhe)一(yi)目(mu)標(biao)的(de)實(shi)現(xian)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)催(cui)化(hua)劑(ji)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)實(shi)現(xian)
，目(mu)前(qian)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)新(xin)型(xing)結(jie)構(gou)的(de)低(di)Pt用量催化劑，以實現這個目標。 xinjishuhuoxinchanpindechanyehuajinchengbingbushiyijishuwanquanchengshuweiqidiande，yejiushishuoranliaodianchiqichebuyidingzaichengbenjiangdaoyuchuantongchexiangdangshicaiyouchanyehuadekeneng。dangranliaodianchiqichejiejuekekaoxing、耐久性等問題（2015年前）就可能進入市場導入期
，市場份額由少到多，此時成本可能相對較高，比如比傳統車貴一到兩倍
，通過技術進步、量產、產業鏈逐步形成等方式，燃料電池成本逐步降低到傳統車水平。