原创【泰达论坛】衣宝廉国内燃料电池可初步车载成本降至锂电水平是重要任务

8月30日至9月1日，“2019我国轿车工业开展（泰达）世界论坛”于天津举行，该论坛已接连举行十五届，本届主题定为“全面深化改革开放 开展壮大新动能”，旨在凝集职业团体才智和力气，为完成轿车强国的开展大计而不懈努力。在8月31日下午的院士论坛环节，我国工程院院士衣宝廉就我国轿车工业的“科技前沿与工业趋势”宣布了主题讲演。

我国工程院院士 衣宝廉

以下为讲话实录：

杨院士、李院士、高书记以及各位嘉宾，下午好！我讲的标题是进步车用燃料电池的牢靠性和耐久性。我分两部分进行讲演，榜首部分简略介绍一下国内外燃料电池车的现状，下一部分是怎样进步燃料电池的牢靠性和耐久性。

燃料电池的原理是电化学，因而效能比较高，燃料电池的作业方法跟内燃机、锂电池比，它的能量不是贮存在电池里，所以虽然燃料电池的膜也有破的时分，可是当破了电压下降，咱们把氢气关掉，不会发生焚烧和爆破，所以燃料电池是比较安全的，能量和转化体系是分隔的。

把燃料电池装到车上，现在一般都是混合动力的、电电混合的、直驱的方法，不是充电式。跟燃油车比较，用氢瓶替代了油箱，燃料电池发起机替代了内燃机，得到的优点便是排放没有污染物了，便是排放水，价值现在便是运转费用高、发起机本钱高，两个贵。

现在，燃料电池车的功能从续驶路程、加氢的时刻，从驾驭人员的感触以及舒适性、适应性都到达了燃油车的水平，因而假如不存在两高，燃料电池完全能够替代燃油车，可是它有两个最大的绊脚石，一个是发起机的本钱比较高，一台燃料电池车的价格是燃油车的一倍，比如说大巴车，柴油车卖一百多万，燃料电池车卖到二百万，小轿车也是这种情况。再有运转费用比较贵，运转费用现在是用市电电解水，制氢。 燃油车一百公里大约耗费七八升油，也便是40多块钱，一公斤氢七八十，运转费用比较高，费用最低的锂电池车，跑一百公里均匀15度电左右，一度电一块钱，才15块钱，所以燃料电池车要想大规模运用，还要把两高消灭掉，一公斤氢卖40块钱左右，燃料电池车本钱与锂离子车附近，我想燃料电池车是能够遍及的，这个时刻我估计还要三年到五年左右。

现在燃料电池发起机从体积来看，现已能够跟内燃机比较，去年在海口开会，本田说现已到达了六缸内燃机的水平，乘用车都超过了5000小时，大巴车到达了20000多小时，寿数仍是能够的，但不是每一辆都能到达这种水平。从造价来看仍是比较贵的，这里有一个不仅仅是价钱，还有资源的约束，便是铂的用量问题。现在一千瓦世界上用铂是0.2克，国内降到了0.3克左右，要想成百万辆的出产需求降到0.1克以下，现在试验室现已到达了这个要求，所以铂用量不是一个中心要素了，本来咱们看得很重，可是由于比功率的进步和催化剂活性的进步，铂的问题现在看来有期望了。

国内从2001年树立电动轿车国家专项以来到现在就做这方面的研讨，至今有20年的时刻了。咱们从2005年今后，整车开端跑了，2007年参加上海大赛，同年又将16辆轿车到美国加州进行了试验，2008年奥运会有23辆燃料车参加运转，2010年有一辆大巴到新加坡参加了世青赛，196辆燃料电池车参加了上海世博会的演示运转，所以世界上看我国演示的燃料电池车仍是比较多的，积累了丰厚经历。可是在世博会曾经的演示着眼点不是经济，不是做一台车花多少钱，运转一百公里花多少钱，而是着眼燃料电池车能不能适用，着眼的是技能问题。那个时分的演示叫技能性的演示，现在也叫演示。工业化的初始阶段，可是这个演示是经济性的演示，调查经济上可不可行。

在奥运会演示今后上汽搞了一个立异征途，分南线和北线，它的意图便是调查三种电动车，锂电池车、燃料电池车和混合动力车对我国环境的适应性。一切的车都在西藏进行了预热，其时我最忧虑的燃料电池车在西藏能不能跑起来，试验成果仍是能跑，速度上不去，由于西藏的氧浓度只要10%，所以三种车在我国的地理环境下不管是滨海仍是内地，都能行。所以这个演示仍是行成功的。

另一个大行动是2018年2月11日树立了我国的氢工业联盟。咱们国家的大国企，像动力集团、“三桶油”都在动力联盟里，所以它是开展氢能和燃料电池的国家栋梁，国企仍是有雄厚的资金实力，所以联盟树立到现在又宣布了白皮书。

2018年“十三五”支撑燃料电池的经费现已到达了8个多亿，最终批的一批还未计入，拿得最多的一个是北方团队，便是大连化物所，搞燃料电池根底研讨，4900万，还有上汽的榜首大股东的新源动力，拿了一亿两千五百多万，总计近1.8个亿。

这个是燃料电池车的布告数，现在现已过期了，近期又批了很多。

现在装车的电堆大部分仍是卡补助的，以30千瓦起步，上限是60千瓦。世界上装车的都是100千瓦左右，咱们的功率比较来讲仍是低的，特别是做乘用车，乘用车燃料电池的功率要是5、60千瓦，就得依托锂离子电池，所以锂离子电池的不安全性带到了燃料电池车上。所以乘用车用的燃料电池应该在100千瓦数量级。到现在，要按车数算，大约有4000多辆车投放了商场，可是我得到的音讯是有2000多辆车在运转。

发起机本钱占比，燃料电池堆大约是50%，现在实践装车燃料电池发起机的本钱燃料电池堆现已到达了60%到70%，由于空气循环泵和氢瓶本钱都大起伏下降了，原先在国内装车是1：1，现在电堆的本钱现已上升到70%左右。

现在国内有23个省市相继发布了氢能和燃料电池的开展计划，所以国内很热。我以为根底最好的仍是以上海为中心的长三角区域，他们有三大渠道，演示的车辆有近千辆，所以开展根底是最雄厚的，其次是珠三角，广东省为中心的，还有便是北方以清华、亿华通支撑起来的，和宇通公司以冬奥会为突破口的张家口区域，所以燃料电池三个演示比较好的当地便是长三角、珠三角和张家口区域。

现在国内揭露出售的商用车是上汽大通的V80，发起电堆是大连新源的，辽宁省想买60辆，实践到货是40辆，在新宾县运转。

乘用车方面，也是上汽装的荣威950(参数|图片)，在黑龙江跑了，能够在零下20度贮存和运用，用的是新源动力复合板的电堆，功能还不错，能够在市面上买到。

亿华通收买了神力，能够拼装三种功率的电堆，30千瓦的电堆和60千瓦的电堆，它这个电堆的双极板是石墨粉和树脂冲压出来的，所以这个双极板电导低一点，可是很有用。跟新源的复合板能够比较，丰田实践上也是复合板，亿华通在电池体系方稳坐是榜首把交椅。

宇通车做得比较多，现已是第四代了，自己建了加氢站，亿华通和宇通的客车在张家口，大客车一共是74辆，福田运用亿华通的技能装了49辆，宇通供给了25辆，这74辆车在张家口跑的十分好。得出的定论是，燃料电池车十分合适于冰冷区域的运转，由于锂离子电池车在冬季零下30度的时分容量衰减比较大，假如开空调续驶路程又大起伏下降，燃料电池作业温度是靠自己的余热，所以冬季跟夏天没什么差异，夏天排热还困难，冬季能够用燃料电池的余热，由于它是80度给大客车取暖，空调还不耗电，所以说得出来一个定论，在张家口演示运转。在张家口演示运转证明燃料电池车特别合适于冰冷环境下的运转，不但路程不缩短，由于空调不必开，能量运用功率还进步了。

我上面讲的两种不管是上汽跟新源，仍是亿华通和神力这都是国产技能。下边便是国鸿，胀大石墨双极板，把胀大石墨冲压成型，往里面灌树脂，这种电堆体积比功率在1.5-1.8，比较低，可是很牢靠。所以国鸿出产的电堆在国内演示车傍边的占有率到达了70%-80%，国内跑的好几千辆车有70%-80%的电堆出自国鸿。

并且国鸿引入除了30千瓦、50千瓦，还有80千瓦、85千瓦，85千瓦装大巴车就更好了。一起他们在云浮运用这种电堆装了城市的轻轨下线演示运转了，所以说国内的这两条路走的都不错。

所以咱们现在看来，国内电堆现已超过了5000小时，到达了一万到两万小时，跑车也跑出来了，但不是每一辆，不但国鸿、新源仍是神力的电堆都跑过了5000小时和10000小时。咱们也生长起来一些企业，可是咱们的问题便是工业链还不全，大部分的要害资料与部件仍是依靠进口。现在装车的电堆都是在每立升两千瓦左右，正在开展的以新源动力以及国内其他一些公司都做到了每立升三千瓦，可是这些电堆装车是装了，可是还没有跑过5000、10000，要把这个数据跑出来才能说到达了国外的水平，在这个进程傍边还有很长的路要走。

这是新源动力装的金属板电堆，这个电堆它是75千瓦，正常输出功率，峰值功率是85，现已到达了每立升3.4千瓦，正在装车跑。所以万部长在长春的科学年会上讲了，国内燃料电池在寿数、牢靠性、运用性上根本到达了车辆运用要求，我国开端把握了相关的中心技能，根本树立了具有自主知识产权的燃料电池轿车动力体系技能渠道，未来要加强协同立异，加速推动氢能燃料电池工业的全面开展。我总结了几点。

榜首，咱们积累了很多的演示经历，具有了进行大规模演示，查核经济性的根底。

第二，咱们应该赶快完成要害资料、电催化剂、质子交流膜、双极板等批量出产，为下降电堆本钱和进步电堆一致性奠定根底。

第三，进步电堆的比功率，下降电堆本钱和铂用量。燃料电池车开展了二三十年，本钱降下来主要是进步比功率，一开端国内国外每平方厘米是300毫安，后来升到了500-800毫安，第三阶段是800到1个安培，现在是1-1.5安培，将来的开展方向是2-3安培，假如能做到2.5-3安培每平方厘米，燃料电池的本钱就能到达每千瓦1000块钱，铂用量就小于0.1克，其他都不必改，所以说进步电堆的比功率是下降电堆本钱的最有用的方法。

第四，咱们要进一步进步电堆的牢靠性和耐久性。为什么要这样做呢？由于现在燃料电池堆里用的资料把氢气和氧气送进去要安稳的开，在车用工况下很快垮了。咱们要给燃料电池堆制作一个十分温馨的，合适它生计的环境，来保证燃料电池的寿数。

下边我就讲这部分。榜首便是工况，车开起来一瞬间加速、减速，一瞬间泊车，导致燃料电池堆电流电压大起伏动摇，湿度、压力都是动摇的，所以这些动摇就导致催化剂腐蚀，化学损害，头三辆大巴车都不到一个月悉数都死掉了。

那么处理的方法，榜首件作业便是电电混合，司机把油门踩下去，这个电大约毫秒级到微秒级就变化了，可是燃料电池把电发出来，空气氧气要送进去，这个时刻是秒级的，所以燃料电池就跟不上，它就欠气，要反极和腐蚀。一开端做纯燃料电池车，国外怎样做呢？要推迟几秒，即要做预供气，司机踩油门先把气量添加，包含开端买的外国的纯的燃料电池车都有预供气，也便是说踩下去都有推迟，依据速度不一样，推迟时刻不一样。

选用了电电混合今后，驾驭功能到达了燃油车的要求，踩下今后锂离子电池先给驱动电机供电，燃料电池添加气体，一起添加功率输出，燃料电池功率输出添加锂离子电池往下降，最终都是燃料电池，锂离子电池电量少的时分给锂离子充电，所以说这个电电混合是有必要的，被全世界选用。这个便是咱们国家以万钢为代表的搞车的同志提出来的，不是可有可无的事，纯燃料电池车便是要回到预供气那个阶段，它的操作方法跟燃油车不一样。司机的感触不一样，立刻是加速不了的，这便是说燃料电池它的功率添加是有必定的约束，得把气供上，所以电电混合今后就处理了这个问题。

第二，是电池使燃料电池运用更平稳、寿数更长。像丰田为了安全不必锂电池，也有用超电容的，这便是处理了快速加载的问题。

第二个是开路、怠速、低载都会发生高电压。在0.85以上，碳粉的氧化速度也加速，这都会发生铂的丢失，铂的丢失今后用铂越来越少，所以寿数就会缩短，要操控燃料电池的电压在0.85伏以下，就要约束这些高电位，特别是发动泊车。发动泊车会形成铂很多的丢失。发动泊车最有用的方法是选用放电，把高电位消除。高电位不消除，发动泊车一次每节电池体系衰减0.35豪伏。消除今后根本上就平稳了，像丰田的电堆，一个电堆370节，一次启停就要下降十几豪伏。

第三，是低温，水结冰体积会添加，所以必定要处理低温贮存和发动问题。 电池里面有三种水，一个跟磺酸结合的捆绑水，一个是自在活动的自在水，还有是介于之间的半捆绑水。半捆绑水捆绑力越强结冰温度越低，所以在低温下要将燃料电池内自在水悉数吹光，这样的话结冰今后才不会损坏膜和电极的结构，发动的时分能够用二次电池辅佐加热电堆，在拟定必定进步电流程序等就能够发动起来了。

丰田为了更好的处理这个问题，它能够现场丈量水含量。现在国内清华大学和化物所都能做到这一点了。最终一个便是阳极水办理，燃料电池的水是在氧电极生成的。所以不能让氢电极外表有水滴，要搞阳极的氢循环，氢循环搞起来阳极就没有水滴了，这件作业能够延伸燃料电池的寿数2000小时以上。

在我国还有一个特色便是硫化氢和二氧化硫，二氧化硫对燃料电池是一个累计性的毒物，二氧化硫多了今后功能比较下降，咱们买德国的三辆大巴，在北京开两三个月不行了，后来说是由于北京市冬季大气中的二氧化硫的影响。所以二氧化硫中毒能够用高电位方法扫描铲除，可是功能不会康复到原有的。咱们所搞了电化学氧化，咱们用电化学的方法把二氧化硫氧化为三氧化硫，氧化便是要做一个电化学反应器，电量耗费很少，空气傍边的二氧化硫是PPM极。作为燃料电池除了处理上述问题，咱们还要凭借锂电池车的经历处理电安全问题，还要处理氢安全问题。要树立燃料电池健康状况的指示。这个车是黄灯仍是红灯，红灯得停了，红灯是检修了，绿灯是正常的，别的在突发事端的时分，怎样把燃料电池的电堆电压从200多伏怎样降到安全电压60伏以下，这些作业咱们都在做，都有了一些成果。

所以我主张赶快完善燃料电池发起机的工业链，进步电堆的作业电流密度，进步燃料电池的体积和分量比功率，为乘用车奠定根底。别的深化研发电堆衰减机理，开发抗腐蚀新资料、大起伏进步发起机的牢靠性与耐久性，期望咱们在2023-2025年把燃料电池车的本钱降到跟锂离子电池车比较近的水平。