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10月26日，以“綠色氫能，共謀發展”為主題的“2021中日韓氫能產業高峰論壇暨氫能產業展覽會”在山東濰坊以線上直播的形式成功舉辦。
中國工程院院士衣寶廉發表了題為“燃料電池汽車現狀與愿景”的主旨演講。他表示，我國雙碳目標任務艱巨，必須大力發展可再生能源，利用可再生能源電解水制備綠氫是重要途徑之一，而燃料電池的產業化是氫能應用的突破口。
中國工程院院士衣寶廉
目前燃料電池普及應用還存在燃料電池造價高、加氫站建設費用高、氫氣成本高等三高問題。他針對氫能產業存在的問題逐一進行了分析，并提出了解決建議。
一、實現燃料電池產業化的關鍵
燃料電池具有轉化效率高和電池比能量高的特性。燃料電池轉化效率高；燃料電池比能量高，可達每公斤0.5~1千瓦每小時，適合于重載車和長途車。
燃料電池要想產業化，必須攻克三個難點：一是目前燃料電池發動機貴，導致一輛燃料電池車的售價是燃油車的2倍到3倍、鋰離子電池車的1.5到2倍。二是加氫站建設費用比較高，每個加氫站建設費用高達1200萬元到1500萬元。三是加氫站加氫的費用比較高，加氫站加氫費用每公斤高達60-80元，而加氫費用只有降到每公斤30元以下才能和燃油車競爭。
因此要實現無補貼的燃料電池車商業化，必須大幅度降低燃料電池發動機的成本和氫氣成本！同時降低加氫站的建設費用！
二、降低燃料電池發動機成本
那么要想降低燃料電池電堆與系統的成本，首先必須提高電堆的比功率，降低Pt用量。其次是實現關鍵材料，電催化劑、質子交換膜、雙極板、膜電極三合一（MEA）與電堆和關鍵部件的批量生產。然后是依據工況和電堆適宜的運行條件制定控制策略，確保電池系統的可靠性與耐久性。
一、提高電堆的比功率，降低Pt用量。
目前，燃料電池車電堆是用Pt做催化劑，國內燃料電池電堆用量為0.3g/kW，而我們只有將Pt用量降到0.1g/kW以下，才能達到燃料電池車商業化的要求。提高Pt活性，使用PtM催化劑，或改用非Pt催化劑，是降低Pt用量的關鍵。
二、實現關鍵材料，電催化劑、質子交換膜、雙極板、膜電極三合一（MEA）與電堆和關鍵部件的批量生產。
目前燃料電池電堆所用膜皆為復合膜，復合膜具有高耐久性、高質子傳導性和高性能的特點。通常來說膜越薄電池性能越好，但是膜薄了之后存在嚴重熱、機械、化學衰減，如何減少這些衰減，也是做膜的重點。
有了膜，有了催化劑，那么就要制備MEA。制備MEA有三種方式：第一種是GDE，將催化層涂覆到碳紙上，目前用的較少。第二種是CCM，將催化層涂覆到膜上，這種是目前最普遍的制備方法。第三種方法是有序化MEA，這種方式可以大幅度提升MEA性能，現在還在發展階段。
有了MEA，要裝電堆還需要雙極板，目前有三類雙極板，非金屬板、復合板和金屬板。三種類型極板用途不同，性能也不同，其中薄金屬沖壓雙極板，比功率最高，且成本低。
有了MEA，極板，再加上其他配套附件，就可以組裝電堆。在進行電堆組裝時，有兩點要求：保證密封要求，保證低接觸電阻。
燃料電池如果實現批量生產，它的成本會大幅度下降，所以現在先要解決卡脖子技術問題，解決批量生產問題，來大幅度降低燃料電池成本，使它能夠接近鋰電池電動車成本，這樣燃料電池車在重載和長途運輸車就可以實現產業化。
三、依據工況和電堆適宜的運行條件制定控制策略，確保電池系統的可靠性與耐久性。
燃料電池有三種極化損耗，歐姆極化、擴散極化和電化學極化。要想大幅提升燃料電池堆的比功率，就要依據工況和電堆適宜的運行條件制定控制策略，減少三種極化損耗，確保電池系統的可靠性與耐久性。
三、降低氫氣成本
降低氫氣成本，主要從兩個方面來考慮：一是氫源方面，二是運氫方面。
在氫源方面，氫源現在有三種來源，一是化石燃料制氫，二是工業副產氫制氫，三是可再生能源制氫。
工業副產氫制氫方面，氯堿工業副產氫制氫需要脫除氯，合成氨工業的釋放氣制氫必須脫除微量的氨，丙烷脫氫丙烯制氫必須脫除烴類。同時，還要發展精準對燃料電池有毒雜質的凈化方法，制訂標準、規定檢測方法和設備。
化石燃料制氫技術比較成熟，成本比較低，但要將二氧化碳封存，不將二氧化碳封存，達不到減排的目的。衣寶廉院士建議，可以利用我國電解水制氫的副產氧、進行煤制氫，將收集產生的二氧化碳注入油井，提高產油率。另外，還可以開發天然氣催化裂解制備氧氣和固體碳，做到零碳排放。
可再生能源制氫就是利用棄風、棄水和棄光，富裕電量和生物質等進行電解水制氫。目前利用棄風、棄水和棄光等進行電解水制氫可達300萬噸。
在運氫方面，長距離輸送是氫氣成本高的原因。衣寶廉院士建議，可以利用三北地區豐富的水電、風電、太陽能發電，大力發展質子交換膜電解水制氫，送入天然氣管網，在需要氫氣的地方，當氫濃度大于5%時，可采用膜分離從天然氣氫混合物中提取純氫。當氫濃度低時，可抽取等熱值天然氣進行重整制氫。在近海地區發展海上風電，電解水制氫，利用氫氣管道，輸送海港，將氫液化作為商品，也可用列管車送至附近的加氫站。加氫站也可以建立電解水制氫裝置和天然氣重整制氫裝置。
四、創新驅動燃料電池車發展
解決卡脖子技術，實現批量生產，大幅降低燃料電池車的成本，還需要創新驅動來解決燃料電池的技術發展，實現燃料電池乘用車的商業化。
第一，簡化電池系統和電堆結構，降低燃料電池發動成本和延長電堆壽命。比如采用薄膜、氫空逆流，去除增濕器。采用陽極水管理，消除局部反極，延長電堆壽命。通過消除擴散層，降低電堆成本。
第二，研發高溫膜和抗毒的電催化劑，降低氫氣成本。一方面，研發高溫膜，使燃料電池在近200度工作，既抗一氧化碳的毒化作用，又有利于燃料電池排熱和消除二相流，提高電堆一致性，進而提高工作電流密度和電堆比功率，利用有序化電極應用，大幅度降低Pt用量。另一方面，研發抗毒的陽極電催化劑，讓燃料電池能吃粗氫，降低燃料電池的成本，實現乘用車和商用車的商業化。
總結及建議
衣寶廉總結表示，實現燃料電池關鍵材料和部件的產業化并批量生產，同時提高電堆的比功率就可以大幅度降低燃料電池發動機的成本，進而降低燃料電池車的成本；大力發展可再生能源電解水制備綠氫，采用天然氣或純氫管網輸送氫氣，加氫站加的氫可降至每公斤30元以下，氫燃料車的運行費用就可以和燃油車競爭；實現氫氣壓縮機、高壓儲氫瓶和加氫機等國產化和批量生產，建油、氫、電合建站，就可以大幅度降低加氫站的建設費用。
因此他建議，要堅持自主創新，突破卡脖子技術，實現關鍵材料與部件的批量生產，大幅度降低燃料電池車、加氫站建設和氫源的成本，盡快實現燃料電池汽車的產業化。
