创新驱动解决燃料电池技术发展

中国工程院院士衣宝廉表示，燃料电池汽车产业化是氢能应用的突破口

“2021中国汽车产业发展（泰达）国际论坛”近日在天津市滨海新区召开，中国工程院院士衣宝廉在会上表示，燃料电池汽车的产业化是氢能应用的突破口，要坚持自主创新，突破“卡脖子”技术，实现关键材料与部件的批量生产，大幅度降低燃料电池车、加氢站建设和氢源的成本，尽快实现燃料电池汽车的产业化。

衣宝廉认为，在实现“双碳”目标背景下，必须大力发展可再生能源，利用可再生能源电解水制备绿氢，既可以实现储能和可再生能源的再分配，又能实现难于脱碳领域（如交通、冶金、建筑等领域）的脱碳。“要实现燃料电池汽车产业化，必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气成本，同时降低加氢站的建设费用。”衣宝廉说。

在降低燃料电池电堆的成本方面，衣宝廉提出四点要求：一是提高电堆的比功率；二是实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、双极板、膜电极三合一和电堆批量生产；三是依据工况和电堆适宜的运行条件制定控制策略，确保电池系统的可靠性与耐久性；四是燃料电池的PEMFC典型极化曲线，它由欧姆极化、扩散极化、化学极化三部分反映出来，降低这三个极化，才能够大幅度提高燃料电池堆的比功率。

衣宝廉表示，以解决燃料电池批量生产问题来大幅度降低燃料电池成本，使它能够接近锂电池电动车成本，这样燃料电池车就可以在重载和长途运输车方面实现产业化。

衣宝廉指出，还需要创新驱动来解决燃料电池的技术发展，实现燃料电池乘用车和商用车的商业化。“一方面要简化电池系统和电堆结构，降低燃料电池发动成本和延长电堆寿命；另一方面要研发高温膜和抗毒的阳极电催化剂，降低氢气成本。”

有关氢源问题，衣宝廉重点介绍了SOEC电解、质子膜电解和碱性电解三种电解水制氢方法。“我国碱水电解法是世界上售价最低的。”衣宝廉强调，“大连化物所发展燃料电池的同时就开始发展电解水制氢、制订碱水电解，进而搞了质子交换膜电解，现在已经做到300千瓦电解槽，并与阳光电源签订了合作协议。”

针对长距离输氢问题，衣宝廉建议：利用三北地区丰富的水电、风电、太阳能发电，大力发展质子交换膜电解水制氢，送入天然气管网。在需要氢气的地方，当氢浓度大于5%时，可采用膜分离从天然气氢混合物中提取纯氢；当氢浓度低时，可抽取等热值天然气进行重整制氢。在近海地区发展海上风电，电解水制氢，利用氢气管道输送海港，将氢液化作为商品，也可用列管车送至附近的加氢站。此外，加氢站也可以建立电解水制氢装置和天然气重整制氢装置。

关于氢安全问题，衣宝廉主张要做廉价的、可靠的氢气传感器，同时不管是室内还是室外，在氢气可能泄漏的地方都加上氢气传感器和联动风机，以此来确保室内外，特别是加氢站和制氢场所的氢安全。

衣宝廉表示，实现燃料电池关键材料和部件的产业化并批量生产，同时提高电堆的比功率就可以大幅度降低燃料电池发动机的成本，进而降低燃料电池车的成本。

一要技术创新，简化电堆结构和电池系统，采用超低铂有序化电极化大幅度降低铂用量，将燃料电池车的成本降到锂离子电动车水平，并实现乘用车商业化。

二要大力发展可再生能源电解水制备绿氢，采用天然气或纯氢管网输送氢气，加氢站加的氢可降至每公斤30元以下，车的运行费用就可以和燃油车竞争。

三要实现氢气压缩机、高压储氢瓶和加氢机等国产化和批量生产，建油、氢、电合建站，大幅度降低加氢站的建设费用。当加氢站达到一定密度，再示范商业化乘用车。