在政策引導和資本的加持下，氫燃料電池汽車(chē)風(fēng)頭正勁。從年初全國兩會(huì )中成為汽車(chē)行業(yè)代表、委員們熱議的一個(gè)關(guān)鍵詞，更是首次被寫(xiě)入政府工作報告；到近期電動(dòng)汽車(chē)補貼政策退坡，取消地補并轉向推動(dòng)充電樁和加氫站的建設，尚有補貼政策大力支持的氫燃料電池汽車(chē)受關(guān)注的熱度卻越來(lái)越高。

    繼純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)后，氫燃料電池汽車(chē)正逐漸成為當前我國新能源汽車(chē)大力推進(jìn)的三大技術(shù)路線(xiàn)之一。如今的氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展態(tài)勢很像幾年前電動(dòng)汽車(chē)興起的勢頭。雖然我國氫燃料電池汽車(chē)目前尚處于起步階段，可是在很多專(zhuān)家眼里，其將在未來(lái)的新能源汽車(chē)市場(chǎng)扮演舉足輕重的角色。

氫能源汽車(chē)

    根據中國氫能聯(lián)盟預計，到2050年燃料電池商用車(chē)到2050年將達到160萬(wàn)輛，市場(chǎng)占有率達到37%，燃料電池乘用車(chē)到2050年市場(chǎng)占有率將達到14%。雖然行業(yè)發(fā)展有望進(jìn)入快車(chē)道，但燃料電池汽車(chē)的成本卻一直居高不下。業(yè)內普遍認為，氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的兩大關(guān)鍵，仍在于性能提升和成本下降。

 

氫燃料電池汽車(chē)“上位”煩惱多

    目前，氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新一輪機遇期，全球主要國家高度重視氫能與燃料電池的發(fā)展，紛紛發(fā)布氫能路線(xiàn)圖，美國、日本、韓國等發(fā)達國家已將氫能上升到國家能源戰略高度。氫燃料電池汽車(chē)作為氫能終端應用之一，正如全國政協(xié)副主席、中國科協(xié)主席萬(wàn)鋼所言：“燃料電池汽車(chē)具有清潔零排放、續駛里程長(cháng)、加注時(shí)間短的特點(diǎn)，是適應市場(chǎng)要求的最佳選擇。”

    氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈大致包括制氫、運氫、加氫、車(chē)載儲氫、燃料電池系統、汽車(chē)電力驅動(dòng)系統等環(huán)節。但氫燃料電池汽車(chē)想要快速發(fā)展，比肩目前的電動(dòng)車(chē)，甚至取代內燃機車(chē)除了氫燃料電池汽車(chē)本身高額的制造成本外，涉及制氫、運氫、儲氫等眾多環(huán)節有待進(jìn)步，也是阻礙氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展的“絆腳石”。

    氫是一種能量密度很高的清潔可再生能源，但其特殊性質(zhì)導致難以常溫常壓儲存，泄漏后有爆炸危險。由于其特殊屬性，目前國內氫氣仍然作為傳統�；�品管理從而，導致氫的“制儲加運”全流程并沒(méi)有真正理順。這也成為阻礙國內氫燃料電池汽車(chē)商業(yè)化、規�；�發(fā)展的絆腳石。

    按照�；�品管理的相關(guān)規定，加氫站的建設“障礙”重重。僅在加氫站成本方面，據《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》測算，國內加氫站設備成本占到總成本的70%，建一個(gè)日加氫能力500公斤、加壓助力為35MPa的加氫站不算土地費用等成本，就需要1200萬(wàn)元，約相當于傳統加油站的3倍。

    富瑞氫能總工程師魏蔚表示，由于氫作為�；�品管理，加之沒(méi)有明確的主管部門(mén)，加氫站的建站成本、時(shí)間成本普遍偏高，直接導致加氫站的建設效率偏低。目前我國建成運營(yíng)的加氫站數量已出現與氫燃料電池汽車(chē)保有量規模不匹配的跡象，如果不加以改善將影響氫燃料電池汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

加氫站建設困難

    中國科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高曾指出，如果說(shuō)我們的燃料電池比動(dòng)力電池發(fā)展晚十年的話(huà)，從技術(shù)創(chuàng )新角度來(lái)說(shuō)，氫能又比燃料電池要晚很多，所以當前最重要的事情反倒是氫能技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和政策的全方位發(fā)展和提升。而關(guān)于氫能本身，現如今面臨的技術(shù)挑戰比燃料電池要大得多，不管是技術(shù)、政策等方面都是。

    車(chē)載儲氫也是“卡脖子”的一大難題。據了解，目前車(chē)載儲氫技術(shù)主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫和有機液體儲氫等。高壓氣態(tài)儲氫因技術(shù)相對成熟、成本相對較低成為目前氫燃料電池汽車(chē)主要儲氫技術(shù)，其車(chē)載儲氫瓶大多使用III型（30-70MPa）、IV型（70MPa以上）兩種容器，目前我國車(chē)載高壓儲氫中主要使用35MPa的III型瓶，70MPa瓶也已研發(fā)成功并小范圍應用。但是，目前高壓氣態(tài)儲氫仍存在體積儲氫密度偏低，高壓加氫站成本偏高、故障多發(fā)等問(wèn)題。

    而在運氫環(huán)節，現在20MPa長(cháng)管拖車(chē)運氫，不能支撐氫能大規模發(fā)展；在車(chē)載儲氫瓶環(huán)節，35MPa可以支撐城市公交250公里左右續駛里程，中級物流車(chē)300公里，70MPa支持城際客車(chē)運營(yíng)400公里，重型物流車(chē)500公里。但想裝得更多就是車(chē)載液氫和深冷氣氫，“但是這個(gè)技術(shù)還要5年探索之后，才能決定是不是具有大規模應用的可行性。”歐陽(yáng)明高表示。

氫氣運輸技術(shù)也尚未成熟

    2019年5月23日韓國江陵市儲氫罐爆炸、6月1日美國加州一輛運氫車(chē)加氫過(guò)程中爆炸、6月10日挪威奧斯陸市郊加氫站發(fā)生爆炸，

    20天內接連三次事故。也引發(fā)了公眾對氫燃料汽車(chē)及高壓儲氫安全性的質(zhì)疑與擔憂(yōu)。一個(gè)月后，發(fā)生在挪威奧斯陸郊外的加氫站爆炸事故原因終于查明——就在于高壓儲罐中的接頭漏氫，某個(gè)特定插頭裝配錯誤所致。

    而在一位業(yè)內人士看來(lái)，氫能和燃料電池汽車(chē)橫跨能源、環(huán)境、基建、汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域，是一個(gè)需要不同的專(zhuān)業(yè)人才共同完成的龐大工程，這當中，每一個(gè)參與者都非常重要，每一個(gè)環(huán)節或技術(shù)都非常重要，但也不會(huì )因為幾個(gè)人、幾個(gè)企業(yè)、一些事件就改變整個(gè)發(fā)展進(jìn)程。

 

氫燃料電池系統仍是成本大頭

    數據顯示，2017年中國共有8個(gè)品牌、10款車(chē)型的燃料電池汽車(chē)在產(chǎn)，總產(chǎn)量為1272輛，較2016年同比增長(cháng)102.2%。2018年，中國燃料電池車(chē)產(chǎn)量達到1619輛。從目前中國氫燃料電池汽車(chē)保有量上看，國內主要以商用車(chē)輛為主，具體包括客車(chē)、物流車(chē)、中重型貨車(chē)，乘用車(chē)的發(fā)展較滯后。

    雖然經(jīng)過(guò)多年一系列重大項目的支持下，國內燃料電池技術(shù)取得了一定的進(jìn)展，初步掌握了燃料電池電堆與關(guān)鍵材料、動(dòng)力系統于核心部件、整車(chē)集成等核心技術(shù)；部分關(guān)鍵技術(shù)試驗室水平已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平。但國內工程化、產(chǎn)業(yè)化水平相對滯后，總體技術(shù)水平與日、韓等國家還有差距。

    《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》顯示，國產(chǎn)燃料電池乘用車(chē)制造成本約在150萬(wàn)元左右，國外燃料電池的售價(jià)已經(jīng)降至5.5萬(wàn)-6萬(wàn)美元（折合人民幣37.8萬(wàn)-41.2萬(wàn)元）。燃料電池系統是燃料電池汽車(chē)核心技術(shù)的體現，也是其成本的主要來(lái)源；氫燃料電池汽車(chē)要實(shí)現大規模商業(yè)化，一方面電池性能要不斷提升，另一方面成本要持續下降。

    燃料電池汽車(chē)由燃料電池系統、儲氫瓶、驅動(dòng)電機、整車(chē)控制系統、輔助電池系統構成。根據DOE《Fuel Cell System Cost–2017》數據，燃料電池系統占整車(chē)成本約63%，由燃料電池堆，空氣循環(huán)系統、供氫系統、水/熱管理系統四大部分構成。

    目前我國燃料電池核心部件的技術(shù)與發(fā)達國家相比尚有較大差距，許多關(guān)鍵材料仍需進(jìn)口，國產(chǎn)化率偏低，造成成本費用高昂，成本也有很大的下降空間。從氫燃料電池的結構來(lái)看，由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴散層三者構成的膜電極組件是最核心的部件。

    其中，質(zhì)子交換膜是燃料電池的核心材料，質(zhì)子交換膜性能的好壞直接影響燃料電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前主流的質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，其碳-氟鍵的鍵能高，使其力學(xué)性能和化學(xué)穩定性?xún)?yōu)異，而且其使用壽命也遠遠好于其他膜材料。然而制成全氟磺酸膜的主要原材料全氟磺酸樹(shù)脂長(cháng)期以來(lái)被美國科慕和日本旭化成等壟斷，盡管?chē)鴥热鐤|岳集團已經(jīng)實(shí)現氟磺酸樹(shù)脂的量產(chǎn)，但整體而言，國內的加工技術(shù)仍不成熟。

    此外，催化劑是燃料電池的另一大關(guān)鍵材料，其作用是降低反應的活化能，促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過(guò)程、提高反應速率。由于鉑金的昂貴和稀有，降低鉑用量一直是催化劑研究的主要方向。

    一位專(zhuān)業(yè)從事催化劑國產(chǎn)化研究專(zhuān)家指出，催化劑是氫燃料電池核心材料，國產(chǎn)化進(jìn)程亟需加快。目前最好的催化劑仍是 Pt和 Pt基催化劑。國內已實(shí)現燃料電池鉑催化劑量產(chǎn)，但距離國際先進(jìn)水平仍有差距。本田Clarity催化劑Pt含量降至0.12g/kw，豐田Mirai燃料電池催化劑Pt含量達到0.175g/kw，而我國的鉑用量大概在0.3-0.4g/kw。未來(lái)，國內燃料電池鉑炭需進(jìn)一步降低Pt用量。

    再者，氣體擴散層起著(zhù)分布反應氣體、在電極和雙極板之間傳導電子和熱量、與平衡電極表面水分的作用。對于氣體擴散層，不僅有透氣/透水性好、導電/導熱性好、機械強度高、耐腐蝕性好等物理化學(xué)性質(zhì)，還要具有易于規模生產(chǎn)和價(jià)格便宜等商業(yè)方面的要求。

儲氫瓶

    碳纖維紙/布是一種廣泛使用的擴散層材料，規�；�生產(chǎn)工藝是研發(fā)重點(diǎn)。目前商業(yè)化碳纖維紙/布等材料從性能上已能夠很好地滿(mǎn)足要求，而氣體擴散層是加工費用主導成本的部件，規�；�生產(chǎn)將會(huì )帶來(lái)大幅的成本削減。

    具體看燃料電池電堆的主要核心零部件成本下降的幅度，其中質(zhì)子交換膜、擴散層成本下降的空間最大，以公交車(chē)為例，如果產(chǎn)量翻4倍，達到1000套/年，燃料電池系統成本下降38%，其中，質(zhì)子交換膜和擴散層的成本下降幅度分比為58%和56%。輔助系統中，空氣循環(huán)系統和氫氣循環(huán)系統的下降空間也可觀(guān)。雙極板和催化劑成本下降的空間相對小一些。

   “現在中國的氫燃料電池行業(yè)問(wèn)題就在于力量太過(guò)分散，幾個(gè)人就可以辦一家公司。氫燃料電池要高水平，要大幅降低成本，要有競爭力，這不是小事，所以應該集中力量”。中國工程院院士干勇曾公開(kāi)強調。

    當下的氫燃料電池汽車(chē)猶如“征程萬(wàn)里風(fēng)正勁”，但仍需“重任千鈞再奮蹄”，限于成本高額和技術(shù)仍待突破，仍有一條漫長(cháng)的路要走。