中國燃料電池汽車何時能夠迎來大規模產業化
日期：2024-11-25 07:26:05 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：371今年出臺的《中國制造2025》規劃綱要，國家明確提出將新能源汽車作為重點發展領域，未來國家將繼續支持電動汽車、燃料電池汽車的發展。其中，燃料電池汽車的戰略目標包括三個階段，第一是在關鍵材料零部件方面逐步實現國產化;第二是燃料電池和電堆整車性能逐步提升;第三方面是要實現燃料電池汽車的運行規模進一步擴大，達到1000輛的運行規模。到2025年，制氫、加氫等配套基礎設施基本完善，燃料電池汽車實現區域小規模運行。
燃料電池汽車也是電動汽車，可以在五分鐘內給電池灌滿燃料，而不是等上幾個小時來充滿電，這就是燃料電池汽車相比純電動汽車的最大優勢。在目前純電動汽車遭遇充電慢、充電樁安放難、續航里程短等諸多問題的情況下，燃料電池汽車也被很多人看成另外一種替代傳統汽車的可能。只不過“電池”是氫氧混合燃料電池，和普通化學電池相比，燃料電池可以補充燃料，通常是補充氫氣。
作為汽車大國，中國發展燃料電池汽車，無疑具備相當優勢。那么，中國的燃料電池汽車的研發情況如何?有哪些因素制約其產業化、商業化之路呢?
世界性潮流勢不可擋
燃料電池汽車(fuel-cellvehicle，FCV)是一種用車載燃料電池裝置產生的電力作為動力的汽車。與通常的電動汽車比較，其動力方面的不同在于FCV用的電力來自車載燃料電池裝置，電動汽車所用的電力來自由電網充電的蓄電池。因此，FCV的關鍵是燃料電池。燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產出來。
清華大學汽車工程系裴普成教授坦言，燃料電池汽車是電動汽車的一種，燃料電池汽車的續駛里程是其他電動汽車所不能相比的，燃料電池功率密度明顯高于其他電池。
裴普成介紹，燃料電池有其自身的優勢：從安全性上看，氫氣比汽油還安全。舉例來說，為汽油汽車和使用氫氣燃料的汽車分別創造燃料泄露和著火條件，3秒時，汽油汽車下方漏油著火，而氫氣則是迅速沖高在汽車上方著火。一分半鐘，氫氣燃料汽車的火已經熄滅，而汽油車火勢正旺，最終只剩下車架。由此來看，氫氣用做汽車電池燃料更為安全。同時，國內外很多研究機構也都做過氫氣燃料電池的碰撞、泡水、跌落實驗，都沒有出現安全問題。氫氣的特點是非常輕，泄漏之后迅速上升，只要有良好通風，就不會發生危險。裴普成教授逗趣地說，其實過去家用煤爐中百分之五六十是氫氣。
從加氣模式上看，氫氣燃料電池也非常方便，只需要幾分鐘的時間就可以將氫氣加滿。因此在未來，燃料電池汽車可以像現在汽車加油一樣在加氣站添加燃料，這一點是普通電動車無法做到的。
“燃料電池用途廣泛，既可應用于軍事、空間、發電廠領域，也可應用于機動車、移動設備、居民家庭等領域。早期，燃料電池發展焦點集中在軍事空間等專業應用以及千瓦級以上分散式發電上。而如今，電動車領域成為燃料電池應用的主要方向，市場已有多種采用燃料電池發電的自動車出現。近20多年來，燃料電池經歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發展階段，其研究和應用正以極快的速度在發展?！迸崞粘烧f。
由于常規能源的日漸匱乏和排放標準的日益嚴苛，燃料電池汽車將有效降低對常規能源的依賴，并減少碳排放。目前，發展燃料電池汽車已經成為世界的一大潮流。
商業化前景廣闊
隨著環境問題和能源問題的日益突出，新能源汽車成為世界各大汽車廠商及研發機構的研究熱點，而在其中，燃料電池汽車以其高效率和近零排放的優勢被認為具有最廣闊的發展前景。
我國對燃料電池汽車的探索從很多年前就開始了。長期從事氫源燃料電池研究的中科院大連化物所，早在上個世紀90年代初期，就開始了對氫源質子交換膜燃料電池的研究。1996年底，這一研究得到國家科技部、中科院、國家自然基金委的經費支持，并在國家“九五”計劃中立項。2000年，大連化物所研發出第一臺質子交換膜燃料電池發動機，并與中科院電工所、二汽集團合作，組裝出了一臺燃料電池中巴車，于2001年進行了試運行。
美國、歐盟、日本和韓國都投入了大量資金和人力進行燃料電池車輛的研究，通用、福特、豐田、奔馳等大公司都已經開發出燃料電池車并在公路上運行。
近年來，我國在燃料電池汽車方面的投入進一步加大，北京奧運會、上海世博會期間都有燃料電池轎車和大客車進行了示范運行。燃料電池汽車已然成為世界的寵兒。
中國工程院院士衣寶廉介紹，燃料電池汽車已經走過數個階段。第一階段，科研人員攻關解決燃料電池在汽車啟動后便很快衰減的問題。第二階段，科研人員主要解決燃料電池的可靠性、耐久性等問題。“現在，應該說已經進入了第三階段，主要是進一步降低成本和鉑(Pt)的用量，同時加強加氫站的建設，實現燃料電池車的商業化?！?/p>
當燃料電池汽車進入市場，我們首先要考慮的是，這種燃料電池汽車的成本如何?和傳統汽車相比有何優勢呢?
按照美國能源部的估算，如果量產50萬輛的燃料電池汽車，每臺汽車的燃料電池的成本接近40美元，其價格將會大大降低。如果用戶購買燃料電池汽車，按照100公里1公斤氫氣來估算，費用約為20元人民幣，比傳統汽車加油的費用要便宜。
2014年5月，日本經濟產業省發布《氫燃料電池車普及促進策略》，將氫燃料、氫燃料電池車相關的國際技術標準引入日本國內，并將其作為國內氫燃料電池車行業標準。這說明在國家層面，日本已經在大力推進燃料電池汽車。
“今年，豐田的未來車已經宣布實現了商業化，現在訂貨已經超過了1500輛?！币聦毩赋?，從國際上來看，燃料電池車現在正進入一個商業化的誘導期。
產業化必經之路
中國的燃料電池汽車何時能夠迎來大規模的產業化?
衣寶廉說，電動汽車的關鍵能源動力技術包括電池技術、電機技術、控制器技術。這3項技術是電動汽車所特有的技術，也是一直制約電動汽車大規模進入市場的關鍵因素。
“世界上第一輪燃料電池汽車研發高潮在2000年左右，當時，美國、歐洲和日本的各大汽車生產廠家，都在加緊開發燃料電池技術，企業界尤其是各大汽車生產廠家看到燃料電池巨大的市場潛力，紛紛投入巨資組成聯盟，進行燃料電池車的相關研究、試驗與生產。各大汽車公司，包括奔馳、通用、豐田等都認為，到2004年燃料電池車將能夠批量生產，實現產業化。但顯然，燃料電池汽車的發展速度沒有當初人們想象的那么樂觀?！币聦毩f。
從產業界來看，在“十五、十一五規劃”燃料電池汽車全球產業化熱潮期間，中國汽車工業界并沒有在燃料電池汽車方面有明顯投入，進入“十二五規劃”后，在燃料電池汽車產業化趨于理性化的大背景下，上汽集團制定了燃料電池汽車發展的五年規劃，以新源動力為燃料電池電堆供應商，開始投入大量資金研發燃料電池汽車。
在國家層面上，我國早已意識到燃料電池汽車的先進性。科技部連續出臺了多個五年計劃，對電動汽車技術的研發，包括燃料電池汽車以及氫能技術的研發給予了專項經費的支持。“就中國的燃料電池研發技術來說，在前面三個五年科技計劃支持下，我們基本上掌握了零部件和平臺技術，但是我們在規模化、標準化、一致性方面還不夠?！鼻迦A大學教授李建秋說。
近年來，我國在燃料電池汽車的產業化道路上走出了重要的幾步。
2003年8月7日，一輛安裝燃料電池的桑塔納2000轎車在同濟大學校園內奔馳，順利通過了科技部的驗收。這是我國第一輛燃料電池轎車樣車“超越一號”。
2004年10月，全部采用“863”項目承擔單位自主研發關鍵零部件的“超越二號”參加了在上海舉辦的第六屆必比登清潔能源汽車挑戰賽，以5項優秀成績征服國外汽車巨頭。
2006年6月11日，在法國巴黎舉行的第八屆必比登清潔能源汽車挑戰賽上，“超越三號”取得4個A的好成績，拔得頭籌，這標志著我國燃料電池汽車技術躋身世界前列。
“燃料電池汽車是真正意義上的零排放。此外，它能夠有效利用工業廢氫?！鄙掀瘓F燃料電池整車項目總工程師指出，上汽集團一直貫徹國家能源戰略，瞄準汽車驅動電氣化趨勢，推動燃料電池汽車升級，“2014年，我們開發的榮威750燃料電池汽車參加了整個全國巡游，跑了接近1萬公里，經受住了不同路況、氣候、海拔的考驗?！?/p>
李建秋指出，目前，在燃料電池汽車整車技術方面，我們仍然有三大關鍵技術需要攻克，“第一是純電驅動技術;第二是整車的結構安全集成技術;第三是車載的氫能源核燃料電池的技術。未來這個行業應當從材料到單體、發動機、整車形成相應的配合關系。”
中國工程院院士陳清泰指出，中國的汽車產業發展到今天，應該有能力支撐前沿技術投入，關鍵是政府和企業的戰略抉擇。需要指出的是，替代性技術的成長往往需要較長的過程，目前燃料電池汽車的研發至少已經歷了三四十年的時間，但是中國決不能抱機會主義的心態，必須加大關鍵技術的研發。
“如果我們國家的政策得當，未來5年內整個燃料電池汽車，包括客車和轎車這兩類，在電池耐久性、PT用量等方面應該會有明顯的突破?！崩罱ㄇ锉硎?，目前客車已經進入技術示范階段，2020年前后會進入大量的推廣階段。對于轎車來說，由于現在還需要技術攻關，預計到2020年進入大規模產業化建設，2025年前后進入大規模產業化生產階段。