在政策引導(dǎo)和資本的加持下，氫燃料電池汽車風(fēng)頭正勁。從年初全國兩會中成為汽車行業(yè)代表、委員們熱議的一個關(guān)鍵詞，更是首次被寫入政府工作報告；到近期電動汽車補貼政策退坡，取消地補并轉(zhuǎn)向推動充電樁和加氫站的建設(shè)，尚有補貼政策大力支持的氫燃料電池汽車受關(guān)注的熱度卻越來越高。

繼純電動汽車、插電式混合動力汽車后，氫燃料電池汽車正逐漸成為當(dāng)前我國新能源汽車大力推進的三大技術(shù)路線之一。如今的氫燃料電池汽車發(fā)展態(tài)勢很像幾年前電動汽車興起的勢頭。雖然我國氫燃料電池汽車目前尚處于起步階段，可是在很多專家眼里，其將在未來的新能源汽車市場扮演舉足輕重的角色。

氫能源汽車

根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計，到2050年燃料電池商用車到2050年將達到160萬輛，市場占有率達到37%，燃料電池乘用車到2050年市場占有率將達到14%。雖然行業(yè)發(fā)展有望進入快車道，但燃料電池汽車的成本卻一直居高不下。業(yè)內(nèi)普遍認為，氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的兩大關(guān)鍵，仍在于性能提升和成本下降。

氫燃料電池汽車“上位”煩惱多

目前，氫能產(chǎn)業(yè)進入新一輪機遇期，全球主要國家高度重視氫能與燃料電池的發(fā)展，紛紛發(fā)布氫能路線圖，美國、日本、韓國等發(fā)達國家已將氫能上升到國家能源戰(zhàn)略高度。氫燃料電池汽車作為氫能終端應(yīng)用之一，正如全國政協(xié)副主席、中國科協(xié)主席萬鋼所言：“燃料電池汽車具有清潔零排放、續(xù)駛里程長、加注時間短的特點，是適應(yīng)市場要求的最佳選擇。”

氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈大致包括制氫、運氫、加氫、車載儲氫、燃料電池系統(tǒng)、汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。但氫燃料電池汽車想要快速發(fā)展，比肩目前的電動車，甚至取代內(nèi)燃機車除了氫燃料電池汽車本身高額的制造成本外，涉及制氫、運氫、儲氫等眾多環(huán)節(jié)有待進步，也是阻礙氫燃料電池汽車發(fā)展的“絆腳石”。

氫是一種能量密度很高的清潔可再生能源，但其特殊性質(zhì)導(dǎo)致難以常溫常壓儲存，泄漏后有爆炸危險。由于其特殊屬性，目前國內(nèi)氫氣仍然作為傳統(tǒng)危化品管理從而，導(dǎo)致氫的“制儲加運”全流程并沒有真正理順。這也成為阻礙國內(nèi)氫燃料電池汽車商業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展的絆腳石。

按照危化品管理的相關(guān)規(guī)定，加氫站的建設(shè)“障礙”重重。僅在加氫站成本方面，據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》測算，國內(nèi)加氫站設(shè)備成本占到總成本的70%，建一個日加氫能力500公斤、加壓助力為35MPa的加氫站不算土地費用等成本，就需要1200萬元，約相當(dāng)于傳統(tǒng)加油站的3倍。

富瑞氫能總工程師魏蔚表示，由于氫作為危化品管理，加之沒有明確的主管部門，加氫站的建站成本、時間成本普遍偏高，直接導(dǎo)致加氫站的建設(shè)效率偏低。目前我國建成運營的加氫站數(shù)量已出現(xiàn)與氫燃料電池汽車保有量規(guī)模不匹配的跡象，如果不加以改善將影響氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進程。

加氫站建設(shè)困難

中國科學(xué)院院士歐陽明高曾指出，如果說我們的燃料電池比動力電池發(fā)展晚十年的話，從技術(shù)創(chuàng)新角度來說，氫能又比燃料電池要晚很多，所以當(dāng)前最重要的事情反倒是氫能技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和政策的全方位發(fā)展和提升。而關(guān)于氫能本身，現(xiàn)如今面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)比燃料電池要大得多，不管是技術(shù)、政策等方面都是。

車載儲氫也是“卡脖子”的一大難題。據(jù)了解，目前車載儲氫技術(shù)主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫和有機液體儲氫等。高壓氣態(tài)儲氫因技術(shù)相對成熟、成本相對較低成為目前氫燃料電池汽車主要儲氫技術(shù)，其車載儲氫瓶大多使用III型（30-70MPa）、IV型（70MPa以上）兩種容器，目前我國車載高壓儲氫中主要使用35MPa的III型瓶，70MPa瓶也已研發(fā)成功并小范圍應(yīng)用。但是，目前高壓氣態(tài)儲氫仍存在體積儲氫密度偏低，高壓加氫站成本偏高、故障多發(fā)等問題。

而在運氫環(huán)節(jié)，現(xiàn)在20MPa長管拖車運氫，不能支撐氫能大規(guī)模發(fā)展；在車載儲氫瓶環(huán)節(jié)，35MPa可以支撐城市公交250公里左右續(xù)駛里程，中級物流車300公里，70MPa支持城際客車運營400公里，重型物流車500公里。但想裝得更多就是車載液氫和深冷氣氫，“但是這個技術(shù)還要5年探索之后，才能決定是不是具有大規(guī)模應(yīng)用的可行性。”歐陽明高表示。

氫氣運輸技術(shù)也尚未成熟

2019年5月23日韓國江陵市儲氫罐爆炸、6月1日美國加州一輛運氫車加氫過程中爆炸、6月10日挪威奧斯陸市郊加氫站發(fā)生爆炸，

20天內(nèi)接連三次事故。也引發(fā)了公眾對氫燃料汽車及高壓儲氫安全性的質(zhì)疑與擔(dān)憂。一個月后，發(fā)生在挪威奧斯陸郊外的加氫站爆炸事故原因終于查明——就在于高壓儲罐中的接頭漏氫，某個特定插頭裝配錯誤所致。

而在一位業(yè)內(nèi)人士看來，氫能和燃料電池汽車橫跨能源、環(huán)境、基建、汽車等多個領(lǐng)域，是一個需要不同的專業(yè)人才共同完成的龐大工程，這當(dāng)中，每一個參與者都非常重要，每一個環(huán)節(jié)或技術(shù)都非常重要，但也不會因為幾個人、幾個企業(yè)、一些事件就改變整個發(fā)展進程。

氫燃料電池系統(tǒng)仍是成本大頭

數(shù)據(jù)顯示，2017年中國共有8個品牌、10款車型的燃料電池汽車在產(chǎn)，總產(chǎn)量為1272輛，較2016年同比增長102.2%。2018年，中國燃料電池車產(chǎn)量達到1619輛。從目前中國氫燃料電池汽車保有量上看，國內(nèi)主要以商用車輛為主，具體包括客車、物流車、中重型貨車，乘用車的發(fā)展較滯后。

雖然經(jīng)過多年一系列重大項目的支持下，國內(nèi)燃料電池技術(shù)取得了一定的進展，初步掌握了燃料電池電堆與關(guān)鍵材料、動力系統(tǒng)于核心部件、整車集成等核心技術(shù)；部分關(guān)鍵技術(shù)試驗室水平已經(jīng)接近國際先進水平。但國內(nèi)工程化、產(chǎn)業(yè)化水平相對滯后，總體技術(shù)水平與日、韓等國家還有差距。

《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》顯示，國產(chǎn)燃料電池乘用車制造成本約在150萬元左右，國外燃料電池的售價已經(jīng)降至5.5萬-6萬美元（折合人民幣37.8萬-41.2萬元）。燃料電池系統(tǒng)是燃料電池汽車核心技術(shù)的體現(xiàn)，也是其成本的主要來源；氫燃料電池汽車要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，一方面電池性能要不斷提升，另一方面成本要持續(xù)下降。

燃料電池汽車由燃料電池系統(tǒng)、儲氫瓶、驅(qū)動電機、整車控制系統(tǒng)、輔助電池系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)DOE《Fuel Cell System Cost–2017》數(shù)據(jù)，燃料電池系統(tǒng)占整車成本約63%，由燃料電池堆，空氣循環(huán)系統(tǒng)、供氫系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)四大部分構(gòu)成。

目前我國燃料電池核心部件的技術(shù)與發(fā)達國家相比尚有較大差距，許多關(guān)鍵材料仍需進口，國產(chǎn)化率偏低，造成成本費用高昂，成本也有很大的下降空間。從氫燃料電池的結(jié)構(gòu)來看，由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴散層三者構(gòu)成的膜電極組件是最核心的部件。

其中，質(zhì)子交換膜是燃料電池的核心材料，質(zhì)子交換膜性能的好壞直接影響燃料電池產(chǎn)業(yè)化進程。目前主流的質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，其碳-氟鍵的鍵能高，使其力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，而且其使用壽命也遠遠好于其他膜材料。然而制成全氟磺酸膜的主要原材料全氟磺酸樹脂長期以來被美國科慕和日本旭化成等壟斷，盡管國內(nèi)如東岳集團已經(jīng)實現(xiàn)氟磺酸樹脂的量產(chǎn)，但整體而言，國內(nèi)的加工技術(shù)仍不成熟。

此外，催化劑是燃料電池的另一大關(guān)鍵材料，其作用是降低反應(yīng)的活化能，促進氫、氧在電極上的氧化還原過程、提高反應(yīng)速率。由于鉑金的昂貴和稀有，降低鉑用量一直是催化劑研究的主要方向。

一位專業(yè)從事催化劑國產(chǎn)化研究專家指出，催化劑是氫燃料電池核心材料，國產(chǎn)化進程亟需加快。目前最好的催化劑仍是 Pt和 Pt基催化劑。國內(nèi)已實現(xiàn)燃料電池鉑催化劑量產(chǎn)，但距離國際先進水平仍有差距。本田Clarity催化劑Pt含量降至0.12g/kw，豐田Mirai燃料電池催化劑Pt含量達到0.175g/kw，而我國的鉑用量大概在0.3-0.4g/kw。未來，國內(nèi)燃料電池鉑炭需進一步降低Pt用量。

再者，氣體擴散層起著分布反應(yīng)氣體、在電極和雙極板之間傳導(dǎo)電子和熱量、與平衡電極表面水分的作用。對于氣體擴散層，不僅有透氣/透水性好、導(dǎo)電/導(dǎo)熱性好、機械強度高、耐腐蝕性好等物理化學(xué)性質(zhì)，還要具有易于規(guī)模生產(chǎn)和價格便宜等商業(yè)方面的要求。

儲氫瓶

碳纖維紙/布是一種廣泛使用的擴散層材料，規(guī)模化生產(chǎn)工藝是研發(fā)重點。目前商業(yè)化碳纖維紙/布等材料從性能上已能夠很好地滿足要求，而氣體擴散層是加工費用主導(dǎo)成本的部件，規(guī)模化生產(chǎn)將會帶來大幅的成本削減。

具體看燃料電池電堆的主要核心零部件成本下降的幅度，其中質(zhì)子交換膜、擴散層成本下降的空間最大，以公交車為例，如果產(chǎn)量翻4倍，達到1000套/年，燃料電池系統(tǒng)成本下降38%，其中，質(zhì)子交換膜和擴散層的成本下降幅度分比為58%和56%。輔助系統(tǒng)中，空氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)系統(tǒng)的下降空間也可觀。雙極板和催化劑成本下降的空間相對小一些。

“現(xiàn)在中國的氫燃料電池行業(yè)問題就在于力量太過分散，幾個人就可以辦一家公司。氫燃料電池要高水平，要大幅降低成本，要有競爭力，這不是小事，所以應(yīng)該集中力量”。中國工程院院士干勇曾公開強調(diào)。

當(dāng)下的氫燃料電池汽車猶如“征程萬里風(fēng)正勁”，但仍需“重任千鈞再奮蹄”，限于成本高額和技術(shù)仍待突破，仍有一條漫長的路要走。

 

 

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