翻越這三座大山 燃料電池離商業化就不遠了

王賀

“現在國內非常多的企業家都關注氫能和燃料電池產業，從環保、效率各方面這些優勢來說確實是非常好的事情，前途肯定是光明的，但道路又是曲折的。”武漢理工大學首席教授潘牧在2019中國汽車產業發展（泰達）國際論壇上表示。

曲折的地方在哪里？

潘牧認為，燃料電池商業化道路上有“三座大山”，即性能、壽命、成本。現在燃料電池跟純電動相比成本很高，不過經過十幾二十年來中國和全世界科學家的共同努力，已經取得了很大的進展。

貴，就一個字

“電堆的功率密度已經達到3.1kW/L，這個指標還是比較好的，它對應膜電極性能的指標是每平方厘米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到5.6kW/L，現在的技術已經達到非常高的水平。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到產業化的水平了。”潘牧說。

據高工鋰電網報道，上海氫晨新能源科技有限公司經過近10年的持續研發，已開發出三代具有自主知識產權的燃料電池電堆。其103kW金屬板電堆經測試平臺測試，體積功率密度為3.3kW/L，達到行業先進水平。

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，當然沒有全部在國內裝，主要是出口國外。中國的零部件的基礎還是很好的，產業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。還有一個結構設計所消耗的材料，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（電池配套設備）再花十萬，總價格就是二十萬元，相對于發動機來說還是貴了，但作為電動汽車來講也不是完全不能接受的，成本離預期還有很大的距離，但是有可能完成。

“最大的問題是壽命，現在質子交換膜采用非常巧妙的結構，可以用來傳導質子，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，用這么厚的膜當然很貴，現在我們全部減薄，成本就可以降低，但問題是膜薄了以后強度很差，所以又加了增強層，但是這個增強層還不夠強，假設它是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，就是熱力學不穩定。第二點，催化劑在電化學反應中，從低電壓到高電壓，在每一個電壓的循環，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，我們對它的機理了解不深刻，解決的方法并沒有完全實現，這些都需要我們進一步探索。”

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，因為所有參與研發燃料電池的單位、企業都要把精力放在這上面。它的機理是什么？到底怎么樣造成的？需要大量的測試數據，這些數據非常寶貴，只有分析清楚才能把燃料電池汽車做好。

氫，連接能源互聯網

在燃料電池的標準方面，潘牧表示，只有在前面的工作基礎上才能制定出一些標準保證燃料電池的發展，現在國家有一個燃料電池標準委員會，委員會的主席是衣院士。目前中國的燃料電池汽車已經走在在國際的前列，很多問題必須要制定標準。現在整個框架包括了基礎的標準，包括了燃料電池通用技術標準，驅動和輔助便利系統，還有微型的。

“在國際上我們對標的是IEC（國際電工委員會）/TC105（燃料電池技術），現任主席是法國人，上一任主席是日本人。TC105與其他幾個有能源標準、交通標準，還有供氫要求標準的幾個委員會合作，才能把這個體系構建起來。TC105發布的標準比我們還少一些，目前只發布了18項，我們國家已經有12項，已經采標。”潘牧進一步解釋。

燃料電池汽車到底怎么做？潘牧給出了自己的答案。

電動汽車的發展應該跟能源結構的調整是結合在一起的，要借助能源結構的調整保證燃料電池汽車的發展。把電網和氣網這兩個網用什么來連起來？用燃料電池將氫氣轉化為電，電解水再轉化成氫氣。比如荷蘭打算今后用風電來制氫，通過管網輸送到全歐洲。今后氫能的網絡是非常大的，如果這兩個網絡建立起來之后，每個汽車都是我們的節點。汽車在里面只是一部分。

所以這個能源網非常符合互聯網的特點，一個是互聯的，即電網和氣網互聯，另一個是無限節點以及雙向轉換，既可以消耗又可以生產。如果要與每一個家庭互聯，就要互相進行生產和銷售。有意思的是本田的車就帶了變壓器，把電輸送給家庭，這代表了一個發展方向。

所以國際能源署2015年的時候提出能源互聯網的概念，用氫氣把熱網、電網、氣網用氫連接起來，德國提出了集成能源系統，通過氫把電網和氣網全部連接起來。美國提出了H2@Scale計劃，將電和氫形成網絡，2019年美國能源部也重點支持這件事情。

燃料電池面臨的最大障礙是壽命問題，燃料電池缺乏強制性標準，特別是安全標準，燃料電池將在能源互聯網起到重要作用，電動汽車也是當中的一部分。

（本文根據潘牧在2019中國汽車產業發展國際論壇上演講速記整理，未經本人審閱。）