前不久，我國金屬雙極板水冷電堆技術取得重要突破。北京嘉清新能源科技有限公司依托清華大學毛宗強技術團隊，成功研發(fā)出40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆產品。第三方測試結果顯示，產品在體積功率密度、大電流持續(xù)穩(wěn)定放電能力、單位面積放電電流密度等關鍵指標上，全面對標國際一流產品，形成了具有完全自主知識產權的核心技術體系。
那么，我國氫燃料電池汽車技術進展如何?還有哪些瓶頸?未來前景怎樣?記者進行了采訪。
加注時間短、續(xù)航里程長，氫能被業(yè)界視為傳統(tǒng)內燃機理想的替代解決方案
氫能，被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗且环N二次能源。它的來源多樣，能實現(xiàn)終端零排放、環(huán)境友好;它的用途廣泛，除了發(fā)電、發(fā)熱，也是理想的交通替代能源。
上世紀70年代起，氫能的獨特優(yōu)勢被國際社會矚目。一些國家積極開發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術。近年來，我國也大力支持氫能產業(yè)的發(fā)展。將氫能應用于汽車行業(yè)，打造氫燃料電池汽車，是各方深思熟慮的結果。
國際氫能協(xié)會副主席、清華大學核能與新能源技術研究院毛宗強教授介紹，氫燃料電池汽車加注時間短、續(xù)航里程長、零排放、無污染，被業(yè)界視為傳統(tǒng)內燃機理想的替代解決方案。而且，氫能效能高且穩(wěn)定，僅少量水就能制備出可觀的氫氣，再轉換成電能，簡單便利。
從技術原理看，氫燃料電池由電堆、電控、供氫裝置、供空氣裝置等部件組成。“電堆是組成燃料電池的最基礎、最關鍵的核心部件。電堆中的氫氣和氧氣相遇，發(fā)生化學反應產生電。其中的技術難點在于，整個過程必須實現(xiàn)氣、水、熱、電、力這五個要素的相互協(xié)同，才能釋放出最大效能。”毛宗強說。
關于氫燃料電池，國際通常兩條技術路線并行：金屬雙極板水冷電堆和石墨雙極板水冷電堆。前者在低溫啟動、體積與功率密度等方面具有優(yōu)勢，后者在可靠性、壽命和成本等方面有長處，是目前燃料電池商用車的首選對象。
我國是世界上氫資源最豐富的國家，同時擁有最大的汽車市場。但氫燃料電堆技術距離世界領先水平，還有一定差距。
專家解釋，電堆關鍵技術主要由國際主流車企掌握。“電堆設計技術門檻高，對材料、加工工藝等要求極高。想要發(fā)展得好，必須依靠自主創(chuàng)新。”毛宗強說，他率領的嘉清團隊，就是通過提升電堆單位、縮小電堆體積等技術創(chuàng)新，降低電堆的成本，提升了電堆的體積功率密度。
尋找適合的商業(yè)化路徑也不容忽視。當下，國內氫能汽車多數(shù)采取“鋰電池+氫燃料電池”的電電混合模式，未來將向純氫燃料汽車方向發(fā)展。多家國內企業(yè)大膽嘗試、持續(xù)攻關，實現(xiàn)氫燃料電池在大巴車、物流車、重卡、專用車等不同應用場景的產業(yè)化應用。
氫燃料電池汽車的發(fā)展不僅是一個技術問題，還依賴于整個產業(yè)鏈的支撐
近年來，隨著技術成熟度提升，氫燃料電池技術路線逐漸受到關注，“氫汽車”發(fā)展也駛入“快車道”。2019年，氫能首次寫進《政府工作報告》，要求“推動充電、加氫等設施建設”;有關部門密集出臺政策，引導并鼓勵氫能和氫燃料電池技術的開發(fā)利用;大部分省區(qū)市出臺氫能發(fā)展規(guī)劃，即將到來的2022年冬奧會也有望為產業(yè)帶來新機遇……
在云浮(佛山)氫能標準化創(chuàng)新研發(fā)中心主任趙吉詩看來，氫燃料電池技術已經逐漸進入產業(yè)導入期，前景廣闊。“國內氫燃料電池汽車的保有量已經超過6000輛，通過這幾千輛車逐步做驗證，有了支撐，就能促進技術進步、降低成本，為規(guī)模化、產業(yè)化奠定基礎。”
然而，氫燃料電池汽車發(fā)展不僅是一個技術問題，還依賴于整個產業(yè)鏈的支撐，特別是上游的氫氣制取、儲運以及加氫站等基礎設施。“只有打造出‘制、儲、運、加、用’一體化的產業(yè)鏈，才能進一步推動氫燃料電池汽車產業(yè)化和氫能商業(yè)化。”趙吉詩強調。
在制氫方面，有電解水、煤制氫、天然氣制氫等主要方法。我國氫能來源廣泛，既有大量的工業(yè)副產氫氣，又有大量棄風棄光電、低谷電等可供制氫的存量資源。氫制備出來后，需要運輸至加氫站并貯存。我國普遍采用20兆帕的氣態(tài)高壓運輸，經濟性和運輸效率較低。
此外，我國長期把氫歸于危化品管理，也在一定程度上制約了氫能的利用。趙吉詩說：“認可氫的能源屬性，按照車用能源進行管理，才能進一步滿足氫燃料電池汽車產業(yè)化的需要。”
作為氫燃料電池汽車的基礎設施，加氫站也需大量新建。據了解，從2006年第一座加氫站落地，我國已累計建成61座加氫站，僅去年一年，就建成30座加氫站。廣東國鴻氫能科技有限公司副總經理燕希強介紹，建設一座日加氫能力在500—1000千克的加氫站，成本在1500萬—2500萬元。他建議，未來可采取加氫、加油、充電站混建的方式來逐步降低運營成本，擴大加氫站建設規(guī)模。
國家層面也開始重視氫燃料電池汽車基礎設施的建設。今年4月，國家能源局發(fā)布《能源法(征求意見稿)》，首次將氫能納入能源種類;6月，住建部辦公廳發(fā)布關于國家標準《加氫站技術規(guī)范(局部修訂條文征求意見稿)》，擬新增液態(tài)氫儲存相關內容及技術標準。一系列政策的落地，有望進一步推動全產業(yè)鏈降本增效。
燕希強表示，氫氣的制取、儲運以及加氫站等產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，直接決定了氫氣的加注價格，即車輛的使用成本。“現(xiàn)在氫燃料汽車的能源成本與燃油車差不多，急需通過產業(yè)鏈上游的規(guī)模化，來降低氫燃料的使用成本。”
我國氫燃料電池汽車發(fā)展較快，核心技術方面還存在差距，應繼續(xù)加大研發(fā)投入
過去10年，我國新能源汽車累計推廣超過450萬輛，但大部分以純電動汽車為主。2016年，中國汽車工程學會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》預計，我國氫燃料電池汽車累計銷量在2020年、2025年和2030年將分別達到5000輛、5萬輛和100萬輛。
近年來，我國氫燃料電池汽車銷量增速明顯。從2015年僅有10輛，到2019年全年銷售2737輛，累計銷量達6000多輛，已達成2020年的階段性目標。其中，氫燃料電池商用車發(fā)展較快，在物流配送、公共出行等領域，實現(xiàn)了氫燃料汽車的商業(yè)化落地。乘用車方面，國內一些車企雖然也在積極研發(fā)，但規(guī)模相對較小，占比較低。
在上海重塑能源科技有限公司董事長林琦看來，乘用車生產量大，又面向消費端，開發(fā)、驗證的周期較長。此外，加氫站目前還沒有形成網絡，使得氫燃料電池乘用車相對純電動汽車，仍然發(fā)展較緩。趙吉詩也認為：“如果技術突破帶動成本降低，乘用車市場巨大。”
技術層面，我國已經初步掌握了氫燃料電池電堆、空壓機等關鍵材料技術，大部分零部件能實現(xiàn)不同程度的國產化，但與國外先進水平相比，仍存在一定差距。“氫燃料電池電堆的核心零部件，如催化劑、質子交換膜等，一些關鍵材料和部件仍依賴進口，核心技術離產業(yè)化還有一定距離。”鴻基創(chuàng)能科技(廣州)有限公司副董事長、首席技術官葉思宇表示。
今年4月，財政部等公布《四部委關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，提出爭取通過4年左右時間，建立氫能和燃料電池汽車產業(yè)鏈，關鍵核心技術取得突破，形成布局合理、協(xié)同發(fā)展的良好局面。“技術和產業(yè)的全面發(fā)展需要一定的沉淀。”葉思宇說，要從產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的角度出發(fā)，不斷加大研發(fā)投入，把知識成果轉化成產業(yè)，并通過產學研結合，促進創(chuàng)新技術發(fā)展。
專家同時指出，放眼新能源汽車領域，氫燃料電池汽車與純電動汽車既有一定程度的競爭，又相輔相成，關鍵是要能夠形成能源革命的合力，共同驅動一個更加美好的未來。隨著我國在燃料電池電堆技術上取得突破，期待更多的示范企業(yè)以點帶面，推動我國燃料電池和氫能汽車產業(yè)的有序發(fā)展，形成氫能經濟的崛起態(tài)勢。
