“現(xiàn)在國內(nèi)非常多的企業(yè)家都關(guān)注氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)，從環(huán)保、效率各方面這些優(yōu)勢來說確實(shí)是非常好的事情，前途肯定是光明的，但道路又是曲折的?！蔽錆h理工大學(xué)首席教授潘牧在2019中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達(dá))國際論壇上表示。
曲折的地方在哪里？潘牧認(rèn)為，燃料電池商業(yè)化道路上有“三座大山”，即性能、壽命、成本?，F(xiàn)在燃料電池跟純電動相比成本很高，不過經(jīng)過十幾二十年來中國和全世界科學(xué)家的共同努力，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。
貴，就一個字
“電堆的功率密度已經(jīng)達(dá)到3.1kW/L，這個指標(biāo)還是比較好的，它對應(yīng)膜電極性能的指標(biāo)是每平方厘米5.4瓦，如果只算雙極板加上膜電極的體積，它的功率密度可以達(dá)到5.6kW/L，現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到非常高的水平。另外就是鉑的用量，大家覺得催化劑是最貴的，其實(shí)這個催化劑從2006年的2g/kW一直到2020年要做到0.12g/kW，目前已經(jīng)可以做到0.2g/kW。如果做到0.12g/kW就表示每輛車裝了10克鉑，也不是很貴。所以在性能上，由于我們的努力，催化劑的性能、電堆的性能、膜電極的性能幾乎可以達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的水平了?！迸四琳f。
據(jù)高工鋰電網(wǎng)報道，上海氫晨新能源科技有限公司經(jīng)過近10年的持續(xù)研發(fā)，已開發(fā)出三代具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池電堆。其103kW金屬板電堆經(jīng)測試平臺測試，體積功率密度為3.3kW/L，達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。
談到膜電極，潘牧表示，武漢理工氫電公司于2006年成立，專門來做膜電極，現(xiàn)在已銷售膜電極100萬片，大部分都銷售到國外，如果裝車可以裝3000多臺車，當(dāng)然沒有全部在國內(nèi)裝，主要是出口國外。中國的零部件的基礎(chǔ)還是很好的，產(chǎn)業(yè)化還是很有信心可以做下去。
在成本方面，潘牧估算，100千瓦的電堆大概是兩萬多元，這是算的核心面積。還有一個結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所消耗的材料，包括材料的利用率、損耗率、良品率，也就是四萬多塊錢，加上雙極板一兩萬元，其它東西十萬元，一個100千瓦的電堆就可以搞定，這是在理想的情況下。但十萬元光買電堆還不行，BOP（電池配套設(shè)備）再花十萬，總價格就是二十萬元，相對于發(fā)動機(jī)來說還是貴了，但作為電動汽車來講也不是完全不能接受的，成本離預(yù)期還有很大的距離，但是有可能完成。
“最大的問題是壽命，現(xiàn)在質(zhì)子交換膜采用非常巧妙的結(jié)構(gòu)，可以用來傳導(dǎo)質(zhì)子，所以價格昂貴。2000年左右的時候用的是非常厚的膜，有170微米，像樹脂這么貴，用這么厚的膜當(dāng)然很貴，現(xiàn)在我們?nèi)繙p薄，成本就可以降低，但問題是膜薄了以后強(qiáng)度很差，所以又加了增強(qiáng)層，但是這個增強(qiáng)層還不夠強(qiáng)，假設(shè)它是30兆帕，一個15微米的膜，一個袋子只能承受450克的力，掛一瓶礦泉水就斷掉了。”潘牧進(jìn)一步表示，“另外是催化劑，為了使催化劑的用量減少，這種納米材料有個天生的弱點(diǎn)，就是熱力學(xué)不穩(wěn)定。
第二點(diǎn)，催化劑在電化學(xué)反應(yīng)中，從低電壓到高電壓，在每一個電壓的循環(huán)，催化劑就會變一下，所以這些都會帶來燃料電池的壽命問題，我們對它的機(jī)理了解不深刻，解決的方法并沒有完全實(shí)現(xiàn)，這些都需要我們進(jìn)一步探索?！?
潘牧指出，上述三個問題比較下來，成本排第二，壽命是最大的問題，因?yàn)樗袇⑴c研發(fā)燃料電池的單位、企業(yè)都要把精力放在這上面。它的機(jī)理是什么？到底怎么樣造成的？需要大量的測試數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)非常寶貴，只有分析清楚才能把燃料電池汽車做好。
氫，連接能源互聯(lián)網(wǎng)
在燃料電池的標(biāo)準(zhǔn)方面，潘牧表示，只有在前面的工作基礎(chǔ)上才能制定出一些標(biāo)準(zhǔn)保證燃料電池的發(fā)展，現(xiàn)在國家有一個燃料電池標(biāo)準(zhǔn)委員會，委員會的主席是衣院士。目前中國的燃料電池汽車已經(jīng)走在在國際的前列，很多問題必須要制定標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在整個框架包括了基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)，包括了燃料電池通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動和輔助便利系統(tǒng)，還有微型的。
“在國際上我們對標(biāo)的是IEC（國際電工委員會）/TC105（燃料電池技術(shù)），現(xiàn)任主席是法國人，上一任主席是日本人。TC105與其他幾個有能源標(biāo)準(zhǔn)、交通標(biāo)準(zhǔn)，還有供氫要求標(biāo)準(zhǔn)的幾個委員會合作，才能把這個體系構(gòu)建起來。TC105發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)比我們還少一些，目前只發(fā)布了18項(xiàng)，我們國家已經(jīng)有12項(xiàng)，已經(jīng)采標(biāo)?！迸四吝M(jìn)一步解釋。
燃料電池汽車到底怎么做？潘牧給出了自己的答案。
電動汽車的發(fā)展應(yīng)該跟能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整是結(jié)合在一起的，要借助能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整保證燃料電池汽車的發(fā)展。把電網(wǎng)和氣網(wǎng)這兩個網(wǎng)用什么來連起來?用燃料電池將氫氣轉(zhuǎn)化為電，電解水再轉(zhuǎn)化成氫氣。比如荷蘭打算今后用風(fēng)電來制氫，通過管網(wǎng)輸送到全歐洲。今后氫能的網(wǎng)絡(luò)是非常大的，如果這兩個網(wǎng)絡(luò)建立起來之后，每個汽車都是我們的節(jié)點(diǎn)。汽車在里面只是一部分。
所以這個能源網(wǎng)非常符合互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，一個是互聯(lián)的，即電網(wǎng)和氣網(wǎng)互聯(lián)，另一個是無限節(jié)點(diǎn)以及雙向轉(zhuǎn)換，既可以消耗又可以生產(chǎn)。如果要與每一個家庭互聯(lián)，就要互相進(jìn)行生產(chǎn)和銷售。有意思的是本田的車就帶了變壓器，把電輸送給家庭，這代表了一個發(fā)展方向。
所以國際能源署2015年的時候提出能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，用氫氣把熱網(wǎng)、電網(wǎng)、氣網(wǎng)用氫連接起來，德國提出了集成能源系統(tǒng)，通過氫把電網(wǎng)和氣網(wǎng)全部連接起來。美國提出了H2@Scale計(jì)劃，將電和氫形成網(wǎng)絡(luò)，2019年美國能源部也重點(diǎn)支持這件事情。
燃料電池面臨的最大障礙是壽命問題，燃料電池缺乏強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，特別是安全標(biāo)準(zhǔn)，燃料電池將在能源互聯(lián)網(wǎng)起到重要作用，電動汽車也是當(dāng)中的一部分。
（本文根據(jù)潘牧在2019中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際論壇上演講速記整理，未經(jīng)本人審閱。）
