衣寶廉：燃料電池解決“攔路虎” 三到五年有望迎來普及

郭文佳

中國工程院院士衣寶廉在2019中國汽車產業發展（泰達）國際論壇上，發表了題為“提高車用燃料電池可靠性與耐久性”的演講。他表示，燃料電池車想要實現大面積的應用，其造價要達到鋰電池電動車的水平，行駛費用要達到燃油車的水平，預計仍需要3至5年才能實現。

國內燃料電池車現狀

衣寶廉表示，國內從2001年成立電動汽車國家專項就開始做燃料電池研究，距今已有20年了。在上海世博會以前，最重視的問題是燃料電池車能不能適用，技術能不能得到突破。在奧運會示范以后，上汽做了創新征程，分南線和北線，它的目的是考察鋰電池車、燃料電池車和混合動力車這三種電動車對中國環境的適應性。所有的車都在西藏進行了預熱，衣寶廉說：“當時我最擔心的是燃料電池車能不能在西藏跑起來。”實驗結果是完全可以跑起來，但因為西藏的氧濃度只有10%，因此速度達不到預期。但無論如何，示范還是成功的，這三種車不管在我國的沿海還是內地，都可以駕駛。

2018年2月11日，中國氫產業聯盟成立。像能源集團、“三桶油”都加入能源聯盟，基于國企的雄厚資金實力，氫產業聯盟已成為發展氫能和燃料電池的中流砥柱。

國內到現在有23個省市相繼發布了氫能和燃料電池的發展計劃。衣寶廉認為，燃料電池有三個示范較好的地區，依次是發展基礎最好的以上海為中心的長三角地區，那邊既有三大平臺，還有近千輛示范車輛;其次是以廣東省為核心的珠三角地區;另外是以清華、億華通支撐起來的北方地區，以及以冬奧會為突破口的張家口地區。所以燃料電池三個示范比較好的地方，長三角、珠三角和張家口地區。

據衣寶廉介紹，目前我國持續加大燃料電池的推廣，2018年燃料電池汽車的累計銷量達1527輛，同比增長20%。燃料電池發電的原理是電化學，因此效率比較高，相對來講燃料電池是比較安全的，能量和轉化發電是分開的。

目前，國內燃料電池在壽命、可靠性、使用性上基本達到了車輛使用要求，中國已初步掌握了相關核心技術，基本建立了具有自主知識產權的燃料電池汽車動力系統技術平臺。

加強協同創新

推進產業全面發展

衣寶廉表示，未來要加強協同創新，加快推進氫能燃料電池產業的全面發展。

第一，積累示范經驗，具備大規模示范，并能考核經濟性的基礎。

第二，盡快實現關鍵材料、電催化劑、質子交換膜、雙極板等批量生產，為降低電堆成本、提高電堆一致性奠定基礎。

第三，提高電堆的比功率，降低電堆成本和鉑用量。

第四，進一步提高電堆的可靠性和耐久性。提供燃料電池制造所需的適宜環境，確保燃料電池壽命。

另外，衣寶廉針對我國燃料電池的發展問題建議，盡快完善燃料電池發動機的產業鏈，提高電堆的工作電流密度，提高燃料電池的體積和重量比功率，為乘用車奠定基礎。另外，深入研發電堆衰減機理，開發抗腐蝕新材料、大幅度提高發動機的可靠性與耐久性，并表示希望我國在2023-2025年把燃料電池車的成本降到跟鋰離子電池車比較近的水平。

解決四大問題

提高電堆可靠性和耐久性

首先是工況問題。目前，我國燃料電池堆和系統可靠性與耐久性等與國際先進水平仍存在差距，在全工況下的可靠性與耐久性有待提高。因此，需加強燃料電池系統整體的過程機理及控制策略研究。

那么解決的措施，首先做到電電混合，司機把油門踩下去，這個電大概毫秒級到微秒級就變化了，可是燃料電池把電發出來，空氣氧氣要送進去，這個時間是秒級的，所以燃料電池就跟不上，它就欠氣，要反極和腐蝕。采用了電電混合以后，駕駛性能達到燃油車的要求，踩下以后鋰離子電池先給驅動電機供電，燃料電池增加氣體，同時增加功率輸出，燃料電池輸出功率增加，鋰離子電池輸出功率下降，最后都是燃料電池，鋰離子電池電量少的時候給鋰離子充電，所以電電混合是必須的，現已被全世界采用。第二是電池使燃料電池運用更平穩、壽命更長。像豐田為了安全放棄鋰電池，也有用超電容的，這解決了快速加載的問題。

其次是開路、怠速、低載所產生的高電壓會減少電池壽命。電壓在0.85伏以上，碳粉的氧化速度也加快，這都會產生鉑的流失，鉑的流失以后用鉑越來越少，所以壽命就會縮短，要控制燃料電池的電壓在0.85伏以下，就要限制這些高電位，特別是啟動停車。啟動停車會造成鉑大量的流失。啟動停車最有效的辦法是采用放電，把高電位消除。高電位不消除，啟動停車一次每節電池系統衰減0.35豪伏。消除以后基本上就平穩了，像豐田的電堆，一個電堆370節，一次啟停就要下降十幾豪伏。

再者是低溫問題。水結冰體積會增加，所以一定要解決低溫儲存和啟動問題。電池里邊有三種水，一個跟磺酸結合的束縛水，一個是自由活動的自由水，還有是介于之間的半束縛水。半束縛水束縛力越強結冰溫度越低，所以在低溫下要將燃料電池內自由水全部吹光，這樣的話結冰以后才不會破壞膜和電極的結構，啟動的時候可以用二次電池輔助加熱電堆，在制定一定提升電流程序等，就可以啟動起來了。

最后是陽極水管理問題。燃料電池的水是在氧電極生成的，所以要要保證陽極處于氫循環狀態，這樣陽極水滴就不存在了，做到這點，燃料電池的壽命便可延長至2000小時。

（本文根據衣寶廉在2019中國汽車產業發展（泰達）國際論壇上演講速記整理，未經本人審閱。）