中國儲能網訊：近來，氫燃料電池汽車推廣應用及氫能產業(yè)發(fā)展正迎來新一波高潮，從國家到地方，從政策舉措到推廣應用實踐，氫燃料電池汽車行業(yè)已進入新“風口”。
衣寶廉院士是我國燃料電池研究、應用及產業(yè)化的主要奠基人之一，他不僅奠定了中國質子交換膜燃料電池車用動力系統走向應用的基石，也一直在努力推動國內氫燃料電池汽車產業(yè)的發(fā)展。8月22日，《中國汽車報》社總編輯桂俊松與衣寶廉院士圍繞我國氫能應用與氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展的熱點、痛點，進行了一場深度交流。
訪談嘉賓：中國工程院院士、全國燃料電池與液流電池標準委員會顧問、中國科學院大連化學物理研究所研究員 衣寶廉
訪談主持：《中國汽車報》社總編輯 桂俊松
氫能是實現“雙碳”目標的重要抓手，發(fā)展氫燃料電池汽車是氫能應用的重要突破口
桂俊松：您認為氫燃料電池汽車及氫能產業(yè)應用的價值到底何在？
衣寶廉：2020年9月22日，習近平主席在第75屆聯合國大會上宣布，中國將采取更加有力的政策和措施，力爭于2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和。這體現了中國政府對于降低碳排放的高度重視。
目前我國能源以含碳能源為主，如果要實現“雙碳”目標，就需要發(fā)展可再生能源，逐漸減少對高碳能源的依賴。但可再生能源存在季節(jié)性、波動性和隨機性的特點，因此要發(fā)展可再生能源，就必須大力發(fā)展儲能產業(yè)，配合可再生能源，逐漸使其成長為主力能源。氫能可以實現從交通到多領域的廣泛應用，它既可以發(fā)電，也是儲能的一種重要形式，還可以通過燃料電池為汽車等提供能源。因此，氫能既是實現可再生能源大規(guī)模利用中關鍵的二次能源，也是實現“雙碳”目標的抓手和載體。目前全球都高度重視氫能利用，也都在努力進行技術攻關，氫能利用已經成為一個新的“風口”。
全球企業(yè)在開發(fā)氫能方面正在展開競爭，如BP（英國石油公司）收購了澳大利亞的氫能企業(yè)，國內很多央企都參與了氫能開發(fā)，如中石化計劃在2025年前建設1000座加氫站，其在新疆庫車建設的年產2萬噸綠氫的工廠也將于今年底前投產，制氫成本可以達到每公斤18元，與天然氣制氫成本接近。
桂俊松：從全球范圍看，發(fā)展氫能的難點在哪里？
衣寶廉：世界各國在發(fā)展氫能過程中遇到的一個共同難題是氫的儲存與運輸。日本率先提出了氨氫體系，即把氨運輸到目的地后，再分解出氫，使運輸更安全。目前，我國也在發(fā)展氨氫無碳能源體系。在這方面，我國的合成氨及重化工體系都比較強，這一路徑容易實現。同時，我國科研人員也在探索用電化學方法生產合成氨，取代高壓高溫合成氨的方式，并已經率先取得了技術突破。電化學方法是在低溫低壓下，用氫和空氣中的氮來合成氨，在很大程度上解決了氫的儲運問題。
桂俊松：如何看待發(fā)展氫能與開發(fā)燃料電池汽車之間的關系？
衣寶廉：燃料電池的廣泛應用是汽車。我國大力發(fā)展的燃料電池汽車是氫能應用的一個突破口，其突出優(yōu)點是比能量較高，可以輸出0.5~1kWh/kg，是鋰離子電池儲能的數倍。所以，燃料電池車特別適合于重載車和長途運輸汽車。而且，我國氫燃料電池汽車已經實現了在-30℃到-40℃狀態(tài)下的低溫啟動，不需要額外的功耗。
除了汽車，燃料電池還可以用于船舶、航空運輸，甚至可以發(fā)展燃料電池電站來解決電網供電問題。中科院大連化物所與國網安徽六安供電公司合作，已經建成了兆瓦級質子交換膜(PEM)電解水制氫系統工廠和兆瓦級的燃料電池熱電聯供廠，其工作原理是先用電解水制氫，再用燃料電池發(fā)電，在用電高峰時再回饋電網，成為國內首個成功示范的項目。
我國發(fā)展氫燃料電池汽車，優(yōu)勢短板都很突出，最大短板在基礎研究和關鍵材料上
桂俊松：中國發(fā)展燃料電池汽車的既有優(yōu)勢在哪里？
衣寶廉：在燃料電池汽車技術方面，我國的優(yōu)勢和短板都很突出。優(yōu)勢主要體現在電池系統等方面，如北京億華通公司解決了石墨板的低溫啟動問題，原來只能在-5℃下啟動，現在可以做到在-40℃下啟動。同時，其在廢熱利用方面也已經達到國際先進水平。因此，豐田才與億華通在中國合資建設燃料電池發(fā)動機工廠，用豐田的電堆搭配億華通的系統。
此外，電電混合燃料電池汽車也是我國率先發(fā)展起來的。“十五”時期，國外就開始發(fā)展純燃料電池汽車，但彼時燃料電池的響應速度非常慢，原因在于氣的流動是秒級的，而電是毫秒級的，這導致加速時踩下踏板后不能馬上加電，要先把氣供應上來后才能加電。所以，863專家組成員萬鋼、歐陽明高等當時就提出了電電混合的工作方式，即把燃料電池與鋰電池混合，在這個模式下可以達到與燃油車同樣的使用體驗。
桂俊松：您認為短板又主要體現在哪些方面？
衣寶廉：目前，盡管國內已經有一些方面做到了世界前列，但整體與國外相比還有一定差距，還存在一些“卡脖子”技術，包括質子交換膜、樹脂，以及氫氣瓶所用的超強纖維等。這主要是由于國內是從電堆和發(fā)動機開始發(fā)展燃料電池和氫能的，不是從關鍵材料一步步發(fā)展起來的，最底層的關鍵材料是個制約因素，所以現在反過來要發(fā)展基礎研究，使基礎材料產業(yè)化。
比如催化劑就是我們的一大短板?，F在國內很多機構和企業(yè)都宣稱自己已經做到了“世界一流”，但實際如何還要看其能否實現商業(yè)化應用。不僅要經過實驗室的壽命測試，最重要的是要通過裝車運行來驗證，沒有這樣的測試驗證，企業(yè)就不會選用配套。在技術開發(fā)上，如果用較為廉價的副產氫來做燃料電池的原料，成本就會比燃油車低，所以要大力發(fā)展抗毒氫氧化電催化劑。
從應用基礎研究和工業(yè)化的角度來看，目前國內已經能做三型瓶和四型瓶了，但瓶內膽的塑料材料和碳纖維還要依靠進口。所以，一定要加強材料這部分的基礎研究。目前碳纖維的研究已經有了突破，但是內膽塑料方面還待加速突破。我認為，有關方面要組織跨行業(yè)合作，開展相應的燃料電池相關底層材料和關鍵材料、關鍵技術的基礎研究，也期待科技部、國家基金委等部門能夠加大這方面的資金投入。比如，我認為，在高溫膜和抗毒催化劑研發(fā)方面，國家就應該給予大力支持。
還有，現在燃料電池的工作溫度是60℃~90℃，但從產業(yè)發(fā)展角度看，需要研究高溫膜，實現燃料電池在200℃環(huán)境下工作，這樣不但有利于排熱，還能實現大部分儲氫材料的放氫，進而燃料電池也可以去掉高壓氫氣瓶，保證其工作壓力在10~20個大氣壓之間，這樣，可以讓車輛安全進車庫。而現在氣瓶氣壓高達700個，是不宜進車庫的。
另外，現在仍有個別企業(yè)過于看重政府補貼，這需要警惕。希望燃料電池汽車企業(yè)要有市場觀念，要以先進的技術和優(yōu)質的產品去賺市場的錢，而不是想方設法去謀取地方政府的補貼。市場會優(yōu)勝劣汰，總有一天，燃料電池企業(yè)會像前幾年的鋰電池企業(yè)一樣，將來至少淘汰掉30%至50%，當然，最好的結局是實現企業(yè)間的兼并重組。
主張示范推廣與技術研發(fā)并重；示范地區(qū)要有分工，因地制宜；建議國家強化指標監(jiān)測
桂俊松：不知您注意到沒有，國家氫能戰(zhàn)略發(fā)布之后，地方政府在推進示范應用方面都非常積極，可以說是開展得如火如荼。
衣寶廉：是的。在全球范圍內，現在燃料電池汽車的示范重點在中國。目前燃料電池汽車的售價是燃油車的2倍左右、鋰離子電池車的1.5倍到2倍，燃料電池汽車價格整體還比較高，需要示范推廣。
今年的北京冬奧會有1000多輛燃料電池汽車參與運營，是世界規(guī)模最大的一次示范運行。除此以外，目前國內已經有5個氫示范城市群，還有一些其他城市群也都出臺了相關規(guī)劃。比如遼寧省就提出要以大連為核心，著力構建“一廊一灣三園七區(qū)”的氫能產業(yè)發(fā)展格局。所以我相信，中國的燃料電池汽車會很快實現從1萬輛躍升到10萬輛的規(guī)模。由此，也吸引了豐田、現代汽車等國際氫燃料電池汽車頭部企業(yè)積極到中國來合資或獨資建廠，博世等和燃料電池車有關的零部件企業(yè)也踴躍到中國來尋求發(fā)展。這些跨國企業(yè)來華投資，客觀上有利于中國突破“卡脖子”技術，實現相關關鍵材料和零部件的量產。
桂俊松：這是否有對規(guī)模過于熱衷的傾向呢？
衣寶廉：是有這樣的傾向。我認為不應該過于追求規(guī)模的擴大。從地方政府的角度看，過大的規(guī)模也會帶來財政補貼的巨大負擔。而企業(yè)過于追求量的增加，就會對補貼過于看重，對技術創(chuàng)新重視不夠。
桂俊松：從可持續(xù)發(fā)展的角度看，您對當前的燃料電池汽車示范推廣有何建議？
衣寶廉：我的主張是“抓兩頭、帶中間”。所謂“抓兩頭”，就是要一邊抓基礎研究、創(chuàng)新研究，一邊促進產業(yè)化。抓好基礎研究是解決從被“卡脖子”到成為世界領先的關鍵。只有不斷實現技術進步，提升技術水平，燃料電池汽車才可以做到與鋰電池車旗鼓相當、并駕齊驅，屆時，燃料電池汽車就有望達到百萬輛甚至更大的量，規(guī)模自然也就上來了。
桂俊松：您所強調的“技術研究和示范并列，兩方面都要重視”的觀點直擊要害。您對示范推廣還有哪些具體建議？
衣寶廉：在示范推廣方面要有指標要求，比如示范城市群要有多少輛車、要建多少個加氫站，這是硬指標。再比如，要突破國外已掌握的核心技術，如復合膜的拉伸網，要有自己的樹脂和制備工藝，只依賴進口樹脂肯定不行。因此，我建議在示范方面，要根據各省市區(qū)的特點進行分工，因地制宜，高效配合，從最底層的原材料到最終的產品都要進行開發(fā)。例如，在雙極板技術上，國內現在主要有金屬板、引進的巴拉德石墨板，還發(fā)展了復合板。而韓國在金屬板原材料方面，則自主研制了特種鋼，搭載于現代的燃料電池車上，并已經向國際市場銷售。我們也有很多鋼廠，應該可以做出有中國特色的特種鋼。如此一來，國內金屬板電堆就不再需要表面改性材料了，也不需要花高價去國外購買那么多表面改性設備。因此，必須堅持自主創(chuàng)新，加快發(fā)展。
另外，我主張現在的燃料電池車應該全部納入國家燃料電池汽車監(jiān)測系統中，只有這樣才能檢驗出燃料電池車的真實水平。同時，國內建造的電解水廠等也都要納入國家監(jiān)控系統，包括大連化物所與六安合建的兆瓦級的質子交換膜電解水工廠和兆瓦級的燃料電池發(fā)電站。納入國家監(jiān)測系統后，數據才可靠。
中國“先商后乘”路徑得到國際認可；汽車企業(yè)應主攻電堆開發(fā)，加強產學研合作；應強化標準體系建設
桂俊松：您對燃料電池汽車市場化的前景怎么看？
衣寶廉：按照我國《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021~2035年）》，預計到2025年前后，可實現關鍵材料及零部件的批量生產，屆時燃料電池車的電堆價格將會降到1000元/kW左右，燃料電池汽車的售價可接近鋰離子電池汽車。燃料電池發(fā)動機電堆的理想價格，應該是500元~600元/kW，這點可以靠自主創(chuàng)新來實現。屆時，一輛燃料電池乘用車與鋰離子電池車的售價將會相差無幾，兩者就可以實現并駕齊驅，發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同促進交通行業(yè)的脫碳。
桂俊松：目前國內汽車行業(yè)，從商用車企業(yè)到乘用車企業(yè)都在積極開發(fā)氫燃料電池汽車，在這方面汽車企業(yè)怎么才能做得更好？
衣寶廉：汽車企業(yè)要把燃料電池車做好，首先是要把電堆做好，真正把電堆壽命做到2萬小時，讓重載車能夠跑到100萬公里，而不是20萬公里。也就是說，企業(yè)應該把自己的本職工作做好；其次，汽車企業(yè)應該加強產學研方面的合作，可以聯手高校和科研院所開展橫向聯合創(chuàng)新，以解決與基礎研究相關的技術難題和前瞻性問題；此外，汽車企業(yè)研發(fā)燃料電池車，必須堅持市場化路線，研究如何與燃油車競爭，如何把成本降下來，如何把加氫費用等運行費用降下來。
桂俊松：您怎么看待中國在發(fā)展氫燃料電池汽車過程中逐漸探索出的“先商后乘”的發(fā)展路徑？
衣寶廉：以往國外發(fā)展燃料電池汽車都是以乘用車為主，但是乘用車對加氫站的依賴度很高，需要加氫站達到一定密度才行。即使是美國、日本等國，也都存在加氫站不足的問題。而中國是以商用車為主來發(fā)展燃料電池汽車的，乘用車目前只是在小范圍內示范。選擇這種路徑的原因是，商用車一般有相對固定的行駛路線，對加氫站的依賴度也沒那么高，比如在大客車的行駛路線上一般只需一兩個加氫站就可以了，所以“先商后乘”的發(fā)展路徑更適合燃料電池汽車的推廣。
目前我國燃料電池商用車已經有了自己的特色，在全球處于領先地位。中國“先商后乘”的發(fā)展路徑開始得到國際上的認可，這一路線也已經影響到國外企業(yè)，比如豐田開始研發(fā)燃料電池商用車。
在燃料電池乘用車方面，我們要追上日本和韓國還需要一段時間，因為它們開發(fā)燃料電池汽車已經有幾十年的歷史了。國內乘用車企業(yè)也要向豐田、現代等先進企業(yè)學習，加強技術攻關。同時做好燃料電池商用車，這有利于我們發(fā)展燃料電池乘用車。
桂俊松：您前面提到產學研合作，我覺得您所在的中科院大連化物所在燃料電池等技術研發(fā)方面一直是國內領軍者，那么，針對我們現有的燃料電池相關技術的瓶頸短板，大連化物所在技術研發(fā)上如何繼續(xù)加強？
衣寶廉：大連化物所在這方面的研究主要有三個方面：一是推廣應用已有的燃料電池和制氫技術，支持國家的示范和產業(yè)化。目前大連化物所已經組建了3家相關公司，即新源動力、六安的明天氫能公司和國創(chuàng)氫能公司；二是大連市和我們不斷進行技術研發(fā)，提高技術水平。改進電堆制備工藝、催化劑、質子膜及其流程，提高電堆比功率，同時還在進行一些基礎研究；三是著眼長遠，研發(fā)高溫膜和抗毒氫氧化電催化劑。
在研發(fā)工作上，首先是通過不斷改進技術來提高電堆的比功率?！笆濉逼陂g，國內燃料電池的工作電流密度為500毫安，到“十二五”期間，通過我們的研究將其提高到了800毫安至1安培，幾乎翻了一番。電堆輸出也從10kW提升到18kW。再到現在的“十四五”，電流密度已經提高到1~1.5安培，與“十五”時期相比提高了3倍，也因此讓電堆的成本出現了明顯下降。我們希望未來能夠將電流密度提高到2安培，結合部分關鍵材料的批量生產，可將電堆成本降到1000元以下。其次是加強基礎應用研究，主要目的是提高電堆的比功率。
桂俊松：您認為我國在氫燃料汽車標準體系建設方面還需要注意哪些問題？
衣寶廉：在燃料電池的標準體系建設方面，我認為現在國家標準跟不上市場發(fā)展的需求。不管是國家還是地方，都要針對現在市場上需要解決的問題盡快出臺相應標準，只有這樣，才能有力促進我國氫能應用和燃料電池汽車產業(yè)的發(fā)展。
