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燃料電池車：商業(yè)化之路漸行漸近

日前，豐田汽車公司對(duì)外宣布，計(jì)劃今年9、10月在歐美市場(chǎng)出售MIRAI燃料電池汽車。這條消息頓時(shí)引發(fā)社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，因?yàn)檫@意味著燃料電池汽車的商業(yè)化之路曙光已現(xiàn)。

在理想的狀態(tài)下，只要五分鐘，車主就可以給電池灌滿燃料，而不是等上幾個(gè)小時(shí)來(lái)充滿電——這就是燃料電池汽車相比純電動(dòng)汽車的最大優(yōu)勢(shì)。

燃料電池汽車也是電動(dòng)汽車，只不過(guò)“電池”是氫氧混合燃料電池。當(dāng)然，和普通化學(xué)電池相比，燃料電池需要補(bǔ)充氫氣。

應(yīng)該說(shuō)，作為汽車大國(guó)，中國(guó)發(fā)展燃料電池汽車，無(wú)疑具備相當(dāng)優(yōu)勢(shì)。那么，中國(guó)的燃料電池汽車的研發(fā)情況如何?有哪些因素制約其產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化之路呢?日前，在由電動(dòng)汽車百人會(huì)組織的沙龍上，眾多學(xué)者、汽車廠商代表就此進(jìn)行了深入研討。

進(jìn)入商業(yè)化誘導(dǎo)期

由于常規(guī)能源的日漸匱乏和排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)苛，燃料電池汽車(氫新能源車)將有效降低對(duì)常規(guī)能源的依賴，并減少碳排放。目前，發(fā)展燃料電池汽車已經(jīng)成為世界的一大潮流。

中國(guó)工程院院士衣寶廉向記者指出，燃料電池的發(fā)電原理跟鋰電池完全一樣。“但是跟鋰電池不同的是，燃料電池發(fā)電工作方式類似傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，要構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。”

清華大學(xué)教授李建秋向記者介紹，燃料電池是開(kāi)放體系，氫和氧要源源不斷地輸入到電堆里面，所以它的密封和存儲(chǔ)比較關(guān)鍵。電動(dòng)汽車和燃料電池汽車有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，行駛里程短，電動(dòng)汽車的成本會(huì)低一些，但對(duì)于長(zhǎng)里程，燃料電池汽車則更具優(yōu)勢(shì)。

從歷史來(lái)看，燃料電池汽車已經(jīng)走過(guò)好幾個(gè)階段。在第一階段，科研人員發(fā)現(xiàn)燃料電池在汽車啟動(dòng)后便很快衰減，隨即開(kāi)始進(jìn)行攻關(guān)。在第二階段，科研人員主要解決燃料電池的可靠性、耐久性等問(wèn)題。“現(xiàn)在，應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)進(jìn)入了第三階段，主要是進(jìn)一步降低成本和鉑(Pt)的用量，同時(shí)加強(qiáng)加氫站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)燃料電池車的商業(yè)化。”衣寶廉說(shuō)。

目前，國(guó)際上幾大知名汽車廠商如通用、豐田、戴克和現(xiàn)代，其研發(fā)的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)都可以跟現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行互換。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用燃料電池的大巴車的壽命已經(jīng)超過(guò)了1萬(wàn)小時(shí)，小轎車已經(jīng)超過(guò)了5000小時(shí)，達(dá)到了國(guó)家對(duì)汽車的要求。

那么，這種燃料電池汽車的成本如何?和傳統(tǒng)汽車相比有無(wú)優(yōu)勢(shì)呢?

按照美國(guó)能源部的估算，如果量產(chǎn)50萬(wàn)輛的燃料電池汽車，每臺(tái)汽車的燃料電池的成本接近40美元，其價(jià)格將會(huì)大大降低。如果用戶購(gòu)買(mǎi)燃料電池的轎車，按照100公里一公斤氫氣來(lái)估算，費(fèi)用約為20元人民幣，比傳統(tǒng)汽車加油的費(fèi)用要便宜。

2014年5月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布《氫燃料電池車普及促進(jìn)策略》，將氫燃料、氫燃料電池車相關(guān)的國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引入日本國(guó)內(nèi)，并將其作為國(guó)內(nèi)氫燃料電池車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這說(shuō)明在國(guó)家層面，日本已經(jīng)在大力推進(jìn)燃料電池汽車。

“今年，豐田的未來(lái)車已經(jīng)宣布實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，現(xiàn)在訂貨已經(jīng)超過(guò)了1500輛。”衣寶廉指出，從國(guó)際上來(lái)看，燃料電池車現(xiàn)在正進(jìn)入一個(gè)商業(yè)化的誘導(dǎo)期。

中國(guó)已經(jīng)全面布局

那么，對(duì)于燃料電池汽車，國(guó)內(nèi)的研發(fā)水平及應(yīng)用情況又是怎樣的?

事實(shí)上，在國(guó)家層面上，我國(guó)早已意識(shí)到燃料電池汽車的先進(jìn)性。科技部連續(xù)出臺(tái)了多個(gè)五年計(jì)劃，對(duì)電動(dòng)汽車技術(shù)的研發(fā)，包括燃料電池汽車以及氫能技術(shù)的研發(fā)給予了專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持。“就中國(guó)的燃料電池研發(fā)技術(shù)來(lái)說(shuō)，在前面三個(gè)五年科技計(jì)劃支持下，我們基本上掌握了零部件和平臺(tái)技術(shù)，但是我們?cè)谝?guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、一致性方面還不夠。”李建秋說(shuō)。

在國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)中，目前上汽集團(tuán)也在開(kāi)發(fā)燃料電池汽車，比如榮威750和榮威950。

“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(yè)廢氫。”上汽集團(tuán)燃料電池整車項(xiàng)目總工程偉指出，上汽集團(tuán)一直貫徹國(guó)家能源戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)汽車驅(qū)動(dòng)電氣化趨勢(shì)，推動(dòng)燃料電池汽車升級(jí)，“2014年，我們開(kāi)發(fā)的榮威750燃料電池汽車參加了整個(gè)全國(guó)巡游，西線、北線、南線跑了接近1萬(wàn)公里，西部最遠(yuǎn)到了拉薩和日喀則，經(jīng)受住了不同路況、氣候、海拔的考驗(yàn)”。

同濟(jì)大學(xué)新能源汽車中心主任章桐指出，中國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)具備燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的很多條件，“燃料電池汽車本身也是純電動(dòng)汽車，跟目前國(guó)內(nèi)大規(guī)模推廣的(鋰電池)純電動(dòng)汽車有很多共同之處，我們有很強(qiáng)的行業(yè)技術(shù)支持。此外，國(guó)內(nèi)從2000年開(kāi)始做燃料電池汽車，在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方面，包括氫氣的生產(chǎn)、加注、運(yùn)輸?shù)确矫娑挤e累了一定經(jīng)驗(yàn)。盡管技術(shù)方面不一定是最領(lǐng)先的，但是相應(yīng)的條件已經(jīng)都有了”。

大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化可期

2014 年 12 月 15 日，豐田燃料電池汽車 Mirai 在日本國(guó)內(nèi)開(kāi)始發(fā)售。現(xiàn)代汽車集團(tuán)也表示，會(huì)在今年開(kāi)始量產(chǎn)燃料電池汽車。

毫無(wú)疑問(wèn)，國(guó)外的汽車企業(yè)已經(jīng)走在產(chǎn)業(yè)化的前端。那么，中國(guó)的燃料電池汽車何時(shí)能夠迎來(lái)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化?或者說(shuō)，燃料電池汽車何時(shí)能夠在國(guó)內(nèi)普及?

在此前出臺(tái)的《中國(guó)制造2025》中，國(guó)家已經(jīng)明確提出將新能源汽車作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，未來(lái)國(guó)家將繼續(xù)支持電動(dòng)汽車、燃料電池汽車的發(fā)展。其中，燃料電池汽車的戰(zhàn)略目標(biāo)包括三個(gè)階段，第一是在關(guān)鍵材料零部件方面逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)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(shí)現(xiàn)燃料電池汽車的運(yùn)行規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，達(dá)到1000輛的運(yùn)行規(guī)模。到2025年，制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施基本完善，燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運(yùn)行。這說(shuō)明，國(guó)家對(duì)于未來(lái)燃料電池汽車的推廣，有著明確的步驟和清醒的認(rèn)識(shí)。

李劍秋指出，目前，在燃料電池汽車整車技術(shù)方面，我們?nèi)匀挥腥箨P(guān)鍵技術(shù)需要攻克，“第一是純電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，包括純電動(dòng)或者混合動(dòng)力的技術(shù);第二是整車的結(jié)構(gòu)安全集成技術(shù);第三是車載的氫能源核燃料電池的技術(shù)。未來(lái)這個(gè)行業(yè)應(yīng)當(dāng)從材料到單體、發(fā)動(dòng)機(jī)、整車形成相應(yīng)的配合關(guān)系”。

“如果我們國(guó)家的政策得當(dāng)，未來(lái)5年內(nèi)整個(gè)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(yīng)該會(huì)有明顯的突破。”李建秋表示，目前客車已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)示范階段，2020年前后會(huì)進(jìn)入大量的推廣階段。對(duì)于轎車來(lái)說(shuō)，由于現(xiàn)在還需要技術(shù)攻關(guān)，預(yù)計(jì)到2020年進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，2025年前后進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段。

“2020年這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，可能會(huì)是整個(gè)燃料電池汽車大發(fā)展的階段。”程偉也表示，目前燃料電池汽車對(duì)很多整車企業(yè)來(lái)講可能有點(diǎn)曲高和寡，希望未來(lái)有更多的整車企業(yè)或者同行參與到燃料電池汽車開(kāi)發(fā)中來(lái)，拉動(dòng)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，為燃料電池汽車的開(kāi)發(fā)多作貢獻(xiàn)。

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來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào)  作者:彭科峰   揚(yáng)州君昊電氣轉(zhuǎn)載此文