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6月26日至28日，2021年全球智能出行大會暨第二屆中國（南京）國際新能源與智能網聯汽車展覽會（GIMC 2021）在南京舉行。會上，中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱大連化學物理研究所）研究員衣寶廉在題為《燃料電池車的現狀與遠景》的報告中說，燃料電池汽車（FCV或FCEV）在綠色、動力性、安全性等方面具有明顯的優勢，但未來需要實現大規模應用，關鍵是降低燃料電池汽車的成本和運營成本。
對于如何降低成本，衣寶廉從燃料電池創新、制氫優化、氫能儲運等角度提出了三個“宣傳冊”。
FCV具有許多優點和較高的安全性
FCV的主要動力燃料是氫能“FCV與傳統內燃機車非常相似：FCV的氫瓶相當于傳統汽車的油箱，燃料電池發動機相當于內燃機，但傳統汽車的尾氣排放是污染物，而氫燃料電池汽車的尾氣排放是水。”衣寶廉認為，與其他電動汽車（混合動力汽車和純電動汽車）相比，燃料電池汽車具有續航里程長、動力性能高、燃油加注時間短、安全性好等優點。
他解釋說，由于燃料電池的比能量很高，可以達到0.5-1.0kwh/kg，特別適合重型卡車或公共汽車；同時，氫燃料電池汽車的續航里程、加氫時間和駕駛舒適性與燃料汽車相當。另外，由于燃料電池車的電堆與氫罐分離，電堆不會爆炸，提高了發動機的安全性。
衣寶廉提到，人們已經習慣用汽油作為燃料，但對氫作為燃料仍缺乏了解。事實上，氫氣的物理性質使其在開放空間的應用更加安全，氫氣的擴散系數是汽油的12倍。利用氫氣易于檢測和快速擴散的特點，在可能發生氫氣泄漏的地方安裝了氫氣傳感器。當氫氣濃度高于5/1000時，聯動風機將自動啟動，以確保氫氣安全。”他說。
即使發生爆炸，氫氣的危險性也較小。”當發生爆炸時，氫燃料的密度遠低于空氣的密度，因此它會迅速上升和擴散，爆炸會發生在氣源上方；相比之下，汽油爆炸發生在燃料泄漏處，其危險性遠大于氫氣。數據顯示，在相同體積的氣體中，汽油的爆炸能量是氫氣的22倍。”
降低成本是“必須克服的困難”
氫燃料電池汽車優勢明顯，但制約其發展的成本等因素也擺在桌面上：目前，不僅燃料電池發動機價格昂貴，加氫站建設成本、制氫成本和加氫成本居高不下。
衣寶廉列舉了一組數據：目前由于燃料電池發動機價格昂貴，一輛車的價格是燃料車的2-3倍，是鋰離子電池車的1.5-2.0倍；加氫站建設成本1200-1500萬元；加氫站成本高導致加氫成本高，目前每公斤加氫成本高達60~80元。
“只有將加氫成本降低到每公斤30元以下，燃料電池車才能與燃油汽車競爭。”“這些都是必須克服的困難，”他說
2020年4月，財政部發布《關于開展燃料電池汽車示范推廣的通知》（征求意見稿），重點支持珠三角、長三角等城市，京津冀及中部地區開展燃料電池產業化示范應用為期4年。值得注意的是，此次示范并非直接補貼。示范期間，中央財政將按照成果導向，對以FCV關鍵零部件核心技術為重點，采取科學有效措施降低各項成本的示范城市給予獎勵。
降低成本提高效率的三個“錦囊”
為了降低燃料電池汽車的成本，我們應該把重點放在燃料電池上。燃料電池的基本單元是單電池，又由電解質膜、電催化劑、擴散層等組成的膜電極組件（MEA）和雙極板組成。因此，降低成本的技術創新應從膜電極組裝入手。
據衣寶廉介紹，大連化物所相關研究團隊通過改進電催化劑和質子交換膜，提高MEA的性能，探索MEA的批量生產技術，取得了一定的進展。如他們制備的“超小型鉑銅合金催化劑”的質量比活性是傳統鉑碳催化劑的3.8倍；通過優化MEA催化層和氣體擴散層的配方和工藝，提高了MEA的性能，減少了鉑的用量。基于這些研究成果，他們開發了一系列不同功率、不同規格的燃料電池組，并在一些新能源汽車上進行了試驗。
“實現燃料電池關鍵材料和部件的國產化、量產化，同時提高電堆的比功率，可以大大降低燃料電池發動機的成本，進而降低燃料電池汽車的成本。”他說，應根據電池組的工作條件和適當的工作條件制定控制策略，以確保電池系統的可靠性和耐久性。
PCV成本的降低取決于電池，PCV加氫成本的降低取決于什么？衣寶廉給出的“錦囊”是為了優化制氫來源和儲運方式。
“制氫有三種方案：工業副產制氫、化石燃料制氫和可再生能源制氫。在這三種方法中，石油化工、焦化、氯堿合成氨、甲醇等工業副產氫潛力巨大，但這需要我們制定準確的燃料電池有毒雜質凈化方法，制定標準，明確檢測方法和儀器；同時，我們還需要開發利用化石燃料制氫的新方法，比如利用天然氣熱催化裂解制氫和固體碳，實現碳零排放。”最好的辦法是大力發展可再生能源生產氫氣。”
衣寶廉說，在我國僅四川、云南就有400多億千瓦時的棄水，三北地區棄風電近500億千瓦時。西北五省平均棄光率為20%。如果利用廢棄的風、水、光能進行電解制氫，年產量可達300萬噸。
因此，他建議發展質子交換膜（PEM），利用豐富的可再生能源電解水制氫，然后通過管網輸送氫氣。當需要氫氣時，當氫氣濃度較高（如大于5%）時，可采用膜分離器從天然氣和氫氣混合物中提取純氫氣，當氫氣濃度較低時，可提取等熱值的天然氣進行重整制氫。這樣，加氫站的加氫成本可降低到每公斤30元以下，“可與燃料車競爭”。
據了解，大連化工研究院研制的PEM電解水技術已有20多年的歷史，且技術已日趨成熟。2020年，他們承擔了國網安徽省電力有限公司兆瓦級氫氣綜合利用站技術示范工程，利用PEM電解水制氫。
衣寶廉還為降低加氫站的建設成本提供了“錦囊”：“實現氫壓縮機、高壓儲氫瓶等的國產化和量產，建油、氫、電合建站，可以大大降低加氫站的建設成本。”
衣寶廉最后說：“基于上述‘錦囊’，我們可以先將對加氫站依賴度低的商用車商業化，待加氫站達到一定密度后，再對DCV乘用車進行示范和商業化。”。
