中國工程院院士衣寶廉：車用燃料電池技術仍待提升

從國際（jì）上看，燃料電池目前已進入市場導入階段，發動機的功率大幅度提升，用70MPa氫氣瓶可以運行500公裏以上（shàng）。

燃料電池的發電原（yuán）理為電化（huà）學，因此效率較（jiào）高；工（gōng）作方式為（wéi）內燃機，燃料儲存在儲罐當中，因此安（ān）全性比鋰離子電池高。燃料電池車與電動車和插（chā）電式混合動力車相比，更適（shì）合於大功率、長距（jù）離的運輸，因此在公交車和重載車上的應用有明（míng）顯優勢（shì）。

目前，氫（qīng）燃料電池在壽命、可靠性、適用性上已經基本達（dá）到了車輛使用的要求，國內也已經掌握（wò）了氫燃料電池的核心技（jì）術。現在，國內加氫站有（yǒu）10台左右（yòu）正在運行，明年預計有100台左右，運（yùn）行最頻繁的是張家口、雲浮（fú）和上海，加氫量也是最多的。中國已（yǐ）經掌握了燃料（liào）電池的核心技術，並經過了大量的示範運行，積累了豐（fēng）富經驗，具備了進行大規模示範運行的條件。

但目前的問題（tí）是，燃料電池仍沒有大批量的生產線（xiàn），成本較高，並且受（shòu）到加氫站的製約。所以，從電堆、燃料電池的角度，當前的首要任務就是降低鉑用量和催化劑的成本。中國的（de）車用燃料電池要想在國際上具有競爭力，核心問題就是提高（gāo）電堆工作電流密度和比功率。

從國際上來看，燃料電池車已經達到了四缸（gāng）內燃機的體積水平，本田宣（xuān）布已（yǐ）經達到了六缸內燃機的水（shuǐ）平，功率密度超過每（měi）立升3千瓦。我們國內裝車的電堆現在在每立升2.0千瓦左右，所（suǒ）以我們電堆比功率比國外還要低1/3左右。

目前，首先要盡快實現關鍵材料、電（diàn）催化劑、質子交換膜（mó）、膜電極三合一、雙極板等批（pī）量生產，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定（dìng）基礎。其次要降低鉑用量（liàng），進一步提高電堆（duī）和電（diàn）池係統（tǒng）的可靠性和耐久（jiǔ）性。

要（yào）想降低燃料電池發動機的成本，特別是電堆成本，首先就（jiù）要研（yán）究提高（gāo）單電（diàn）池的比功率，降低化學極（jí）化、歐姆（mǔ）極化和傳（chuán）質極化。而要想降低化（huà）學極化，就要研發更高效的電催化劑。中科院大連（lián）化物所（suǒ）研發的超小鉑銅合金催化劑，性（xìng）能是現（xiàn）在碳鉑催化劑的3～5倍；鉑鎳納米線（xiàn）催化劑性能也是碳鉑催化（huà）劑的3倍多。有（yǒu）了高（gāo）效的電催化劑，就可以提高電堆的工作電流密度，減（jiǎn）少化學極化。同時要采用薄（báo）的增強的複合膜，降低歐姆極（jí）化。

現在，國內實驗室裏單池研究已經達到了每（měi）平方厘米1安培的時候在0.7V以上，每平方厘米2安培在0.6V以上，我們正在向2.5安培進軍。以後要發展到每平方厘米2～2.5安培，這樣我們的電堆水平就可以（yǐ）達（dá）到豐田的水平以至於超過豐田的（de）水平。

從電堆角度來（lái）看（kàn），流場阻力越大，電堆的（de）一致（zhì）性越好，但是供氣壓（yā）力加大，空壓機內耗也會增加。為此，我們要研究低內耗的空壓機，才能保證電堆的高功（gōng）率密度輸出。另外要提高（gāo）雙極（jí）板製備的一致性，特別（bié）是平整度，不管是金屬板還是石墨板，平整決定電（diàn）堆一致性，是關鍵因素。

電堆都是按壓力機方式組裝起來的，主要構成是（shì）雙極板（bǎn）和MEA、密（mì）封件，因此（cǐ）還要進一步改進電堆的組裝工藝，開（kāi）發嚴格定位技術。

燃料（liào）電池的壽命是電堆和（hé）係統雙方配合的結果，而不是（shì）電堆自己的努力。所以，我們也要加強電堆部分、係統部分關鍵部件的研發。

第一，盡快完善燃料電池的產業鏈，建立擴（kuò）散層碳（tàn）紙等關鍵材料的生產線。另外，注意力（lì）不能隻集中在膜（mó）電極（jí）和雙極板上，還（hái）要發展空壓機和氫氣循（xún）環泵。

第二，要提高電堆的工作電流密度，提高電堆的體積（jī）和重量比功率，降低電堆的成本，為開發乘用（yòng）車奠（diàn）定基礎。

第三，要深入研發電堆的衰減機理，開發抗腐蝕、穩定的（de）新材料，大幅度提高發動機的可（kě）靠性和耐久（jiǔ）性（xìng）。可（kě）靠性和（hé）耐久性由係統和（hé）電堆（duī）共同決定，電堆進步（bù）了（le），係統就可以簡化，所以電（diàn）堆和係統要相互配合，通過（guò）關鍵材料的進步來簡化電池（chí）係統。

第四，要（yào）開展超（chāo）低鉑和非（fēi）鉑（bó）電催化劑的理論和應用研（yán）究，進一步（bù）把電（diàn）池的鉑用量降低到（dào）每千瓦小於0.1克，這是國際（jì）上車用燃（rán）料電池發動機商業化的基本要（yào）求。

第五，建立關鍵部（bù）件、電堆和電池係統的測試與耐久性快速評價方法，這也是燃料電（diàn）池標（biāo）委會正在做的一件事情。所以，我們要盡快建立中立性的（de）檢測機構，對推進我國燃料電池技術的進步，趕上世界（jiè）水（shuǐ）平（píng）會有重大作（zuò）用（yòng）。

希望（wàng）燃料電（diàn）池車盡（jìn）快實現商業化的S型曲線的上（shàng）升階（jiē）段，達到一定程度後可以甩開補貼而盈利。有人預計，燃料電池車從關鍵材料來講，隻要鉑用（yòng）量降下來了，成本比（bǐ）鋰電池還要低，但這需要我們技術人員的共同努力。

 （文丨衣寶廉，中國工程院院士，文章根據其日前（qián）在2019年中國電動汽車百人會論壇上的發言整理）