中国工程院院士衣宝廉：预计国内明年将有100台加氢站运行 ｜电动车百人会2019

中国工程院院士衣宝廉

“现在中国的加氢站有10左右正在运行，明年预计有100台左右。”中国工程院院士衣宝廉参加中国电动汽车百人会论坛时说。

目前来看，加氢站建设是阻碍氢燃料电池车推广的主要问题之一。

据衣宝廉介绍，从国际上看，燃料电池已经进入了市场的导入阶段。现在的问题是没有大批量的生产线、成本比较高，且受加氢站的制约。从电堆、燃料电池的角度看，最主要的任务还是降低Pt用量和催化剂燃料电池的成本。

衣宝廉认为，当前要尽快实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、膜电极三合一、双极板等批量生产，为降低电堆成本和提高电堆一致性奠定基础。此外，要提高电堆的比功率，降低电堆成本和Pt用量，进一步提高电堆系统的可靠性和耐久性。

以下是衣宝廉的演讲速记，雷锋网 (公众号：雷锋网) 新智驾进行了不改变原意的编辑：

今天讲的题目是“车用燃料电池技术”，我认为，中国的车用燃料电池技术要降低成本，在国际上有竞争力，从电堆角度来看，现在的核心问题是提高功率电流密度和比功率。

到2017年，中国有了2000多辆燃料电池车。昨天的报告说，2018年要有1500多辆，要赶上美国了。

国际电池的现状是，2014年12月15日，丰田宣布开始销售，同时专利开始无偿使用，所以这个对燃料电池发展是重大进步。

由于燃料电池乘用车受加氢站的限制，所以丰田跟日野合作做了燃料电池大巴，准备作为奥运会的通勤车。最近，丰田又开始跟美国的肯沃斯合作开发重载车，准备在美国的加州进行运行10辆，这是燃料电池车首先能够代替柴油车的一个重点方向。

从国际上看，燃料电池已经进入了市场的导入阶段，发动机的功率大幅度提升，用70MPa气瓶已经可以跑500公里以上，负30度以上，基本上满足了要求。现在问题是没有大批量的生产线、成本比较高，受加氢站的制约，所以将来从电堆、燃料电池角度，最主要的任务还是降低Pt用量，降低催化剂燃料电池的成本。

从国内来看，从2007年一直到2010年的世博会，我们进行了大量的燃料电池车运行。世博会之后上汽又搞了创新征程，证明电动车适应中国的增程环境。

现在中国的加氢站有10台左右正在运行，明年预计有100台左右，运行最频繁的还是张家口、云浮和上海，加氢量是最多的。我们已经掌握了燃料电池的核心技术，并经过了大量的示范运行，积累了丰富经验，具备了进行大规模示范运行的条件。

现在要尽快实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、膜电极三合一、双极板等批量生产问题，为降低电堆成本和提高电堆一致性奠定基础。要提高电堆的比功率，降低电堆成本和Pt用量。进一步提高电堆系统的可靠性和耐久性。

从国际上来看，燃料电池车已经达到了四缸内燃机的体积水平，上次海口会，本田宣布已经达到了六缸内燃机的水平，功率密度达到每立升3千瓦。我们国内装车的电堆现在大概都在每立升2.0千瓦左右，就是V80、荣威750和荣威950用的都是在这个数量级，所以我们输出功率我们的电堆比国外还是低1/3左右。

要想降低燃料电池发动机的成本，特别是电堆成本，要提高单电池，首先要研究提高单电池的比功率，就是降低化学极化、欧姆极化和传质极化。

要降低化学极化，主要是做高效的电催化剂，现在国际上的通用是做铂合金催化剂，核壳催化剂有三种办法来制备。同时我们要采用铂增强的混合膜，降低欧姆极化。通过增强膜就可以减播，另外通过过氧化物，可以减少膜的化学腐蚀。另外要采用新型流场，降低传质极化。像丰田，把二维流场改为三维流场以后，传质极化就大幅度下降，这样密度就可以提高到几个安培每平方厘米。

有了单池性能提高以后，现在国内在实验室里面单池研究已经达到了每平方厘米1安培的时候在0.7V以上，每平方厘米2安培在0.6V以上，我们正在向2.5安培进军。双堆可能每立方厘米1安培，以后要发展到2、2.5安培，这样我们电堆水平就可以达到丰田的水平以至于超过丰田的水平。

从电堆角度来看，流场阻力越大电堆的一致性越好，但是空压机内耗会增加。我们要研究低内耗的空压机，才能保证电堆的高功率密度输出。另外要提高双极板制备的一致性，特别是平整度，不管是金属板还是石墨板，它的平整决定电堆一致性是关键因素。

我们要改进制备MEA的一致性，特别是MEA的平整度和封边技术，因为燃料电池组装以后，在公用孔道里面膜会膨胀，会严重影响气流分布，所以在公用孔道里露出的膜全部封死，这样才能包装组装的阻力在运行当中不变化，所以MEA的制备核心是用薄膜和解决封边技术。

另外，优化电堆的结构。这是国内采用的双极板，无孔碳板或者是膜压的或者膨胀石墨的都属于这一类，还有复合板。

从电极制备来看目前共有三代，开始都是做喷涂电机，后来是CCM，现在装机用的电堆主要是第二代电极，第二代电极的批量生产技术也需要攻克，因为现在的喷涂技术不适合于几百万辆车的生产。

随着关键材料的进步，保护措施可以逐渐下降。举个例子，如果我们做电催化剂要能抗1.6V的高压不氧化，碳载体也不氧化，启动、停车就没有必要解决开路氧化问题，所以现在材料还跟不上去，国际上看也没有做到，燃料电池的寿命是电堆和系统双方配合的结果，而不是电堆自己的努力，要两方面结合起来。所以也要加强电堆部分、系统部分关键部件的研发。所以我建议：

第一，尽快要完善燃料电池的产业链，建立扩散层碳纸生产线。大家都在说，产业链基本配全了，我认为这种小的像碳纸扩散层一定要建立生产线。我们现在把注意力都集中在膜和双极板上了。另外要发展空压机和氢气循环泵。

第二，要提高电堆的工作电流密度，提高电堆的体积和重量比功率，降低电堆的成本，为开发乘用车奠定了基础。因为乘用车一般希望把燃料的电堆和控制部分都放在前面内燃机、发动机这个部位。

第三，要深入研发电堆的衰减机理，开发抗腐蚀、稳定的新材料，大幅度提高发动机的可靠性和耐久性。所以可靠性和耐久性是靠系统和电堆共同来决定的，电堆进步了系统就可以简化，所以电堆和系统要相互配合，通过关键材料的进步来简化电堆系统。

第四，开展超低铂和非铂电催化剂的理论和应用研究，进一步把电池的铂用量降低到每千瓦小于0.1克，这是国际上燃料电池的基本要求。

第五，建立关键部件，电堆和电池系统的测试，与耐久性快速评价方法，这是现在燃料电池标委会正在做的一件事情，因为大家都说我是世界第一，到底是不是第一我们要有一个中立机构进行评选，我们要尽快建立中立性的检测机构，它本身不做燃料电池开发、也不做系统、也不做电堆，但是有一个检测机构，这样对推进我们燃料电池技术的进步，赶上世界水平会有重大作用。

我希望燃料电池车尽快实现商业化的S型曲线的上升阶段，到一定程度我们能甩开补贴，也能够盈利，现在有人预计，燃料电池车从关键材料讲，只要铂用量降下来了，比锂电池可能成本还要低，因为只有铂是贵的，所以如果把铂做出来了，其他东西都是钢铁和有机的东西，完全可以降低成本，所以有跟锂电池和燃油车竞争的基础，但要靠我们技术人员的共同努力。

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