燃料電池車：商業化之路漸行漸近
燃料電池車：商業化之路漸行漸近
日前，豐田汽車公司對外宣布，計劃今年9、10月在歐美市場出售MIRAI燃料電池汽車。這條消息頓時引發社會各界的廣泛關注，因為這意味著燃料電池汽車的商業化之路曙光已現。
在理想的狀態下，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。
燃料電池汽車也是電動汽車，只不過“電池”是氫氧混合燃料電池。當然，和普通化學電池相比，燃料電池需要補充氫氣。
應該說，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?日前，在由電動汽車百人會組織的沙龍上，眾多學者、汽車廠商代表就此進行了深入研討。
進入商業化誘導期
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(氫新能源車)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。
中國工程院院士衣寶廉向記者指出，燃料電池的發電原理跟鋰電池完全一樣。“但是跟鋰電池不同的是，燃料電池發電工作方式類似傳統的內燃機，要構成一個完整的系統。”
清華大學教授李建秋向記者介紹，燃料電池是開放體系，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比較關鍵。電動汽車和燃料電池汽車有各自的優缺點，行駛里程短，電動汽車的成本會低一些，但對于長里程，燃料電池汽車則更具優勢。
從歷史來看，燃料電池汽車已經走過好幾個階段。在第一階段，科研人員發現燃料電池在汽車啟動后便很快衰減，隨即開始進行攻關。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。”衣寶廉說。
目前，國際上幾大知名汽車廠商如通用、豐田、戴克和現代，其研發的燃料電池發動機都可以跟現在的內燃機進行互換。相關數據統計，使用燃料電池的大巴車的壽命已經超過了1萬小時，小轎車已經超過了5000小時，達到了國家對汽車的要求。
那么，這種燃料電池汽車的成本如何?和傳統汽車相比有無優勢呢?
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的轎車，按照100公里一公斤氫氣來估算，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。”衣寶廉指出，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。
中國已經全面布局
那么，對于燃料電池汽車，國內的研發水平及應用情況又是怎樣的?
事實上，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。”李建秋說。
在國內汽車企業中，目前上汽集團也在開發燃料電池汽車，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廢氫。”上汽集團燃料電池整車項目總工程偉指出，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，西線、北線、南線跑了接近1萬公里，西部最遠到了拉薩和日喀則，經受住了不同路況、氣候、海拔的考驗”。
同濟大學新能源汽車中心主任章桐指出，中國現在已經具備燃料電池汽車產業化的很多條件，“燃料電池汽車本身也是純電動汽車，跟目前國內大規模推廣的(鋰電池)純電動汽車有很多共同之處，我們有很強的行業技術支持。此外，國內從2000年開始做燃料電池汽車，在燃料電池發動機系統方面，包括氫氣的生產、加注、運輸等方面都積累了一定經驗。盡管技術方面不一定是最領先的，但是相應的條件已經都有了”。
大規模產業化可期
2014 年 12 月 15 日，豐田燃料電池汽車 Mirai 在日本國內開始發售。現代汽車集團也表示，會在今年開始量產燃料電池汽車。
毫無疑問，國外的汽車企業已經走在產業化的前端。那么，中國的燃料電池汽車何時能夠迎來大規模的產業化?或者說，燃料電池汽車何時能夠在國內普及?
在此前出臺的《中國制造2025》中，國家已經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。這說明，國家對于未來燃料電池汽車的推廣，有著明確的步驟和清醒的認識。
李劍秋指出，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，包括純電動或者混合動力的技術;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”。
“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。”李建秋表示，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。
“2020年這個時間點，可能會是整個燃料電池汽車大發展的階段。”程偉也表示，目前燃料電池汽車對很多整車企業來講可能有點曲高和寡，希望未來有更多的整車企業或者同行參與到燃料電池汽車開發中來，拉動燃料電池汽車產業鏈的發展，為燃料電池汽車的開發多作貢獻。
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來源:中國科學報 作者:彭科峰 揚州君昊電氣轉載此文
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