燃料电池车

p 　　前段时间，国务院总理李克强在日本丰田汽车北海道工厂参观考察了氢燃料电池车。这一举动，被解读为对氢燃料电池车产业释放出利好信号。 /p p 　　一个有些尴尬的现实是，国外的燃料电池车已实现量产，但我国车用燃料电池还处在技术验证阶段。南方科技大学机械与能源工程系教授王海江指出，我国车用燃料电池的现状是——几乎无部件生产商，无车用电堆生产公司，只有极少量商业运行燃料电池车。 /p p style=" text-align: center " strong 　　燃料电池是“一支队伍” /strong /p p 　　一般来说，单节燃料电池的电压偏低、电流偏大，在实际应用中需要由多节燃料电池串联形成电堆，以提升输出电压。 /p p 　　氢燃料电池的动力来源是氢气和氧气，两者会在燃料电池中开始它们的“奇幻”旅程：氢在阳极催化作用下氧化，生成质子和电子 电子经外电路做功，到达阴极 而质子通过质子交换膜从电池内部传输到阴极，质子与电子在阴极汇合并在催化作用下与氧反应生成水。 /p p 　　看起来似乎只是初中化学知识。但实际上，燃料电池的运作，是一个系统工程。 /p p 　　燃料电池不像普通蓄电池，反而更像发电机——把燃料和氧化剂“喝”进去，将电发出来。所以，除了电堆，燃料电池还有燃料供应子系统，氧化剂供应子系统，水热管理子系统以及热管理和控制系统……总之，人家是团队作战。 /p p 　　“燃料电池车是新能源车的一种，它是未来的发展方向之一。”中科院大连化物所燃料电池研究部部长邵志刚告诉科技日报记者，2014年年底，日本丰田公司宣布实现燃料电池车的商业化 而在国内，一切尚处于起步阶段。 /p p style=" text-align: center " 　 strong 　关键材料还缺批量生产线 /strong /p p 　　车用燃料电池，一般为质子交换膜燃料电池。 /p p 　　它有两大关键部件，一个叫膜电极组件，一个叫双极板。前者其实是由“三兄弟”构成：质子交换膜、催化层和气体扩散层。 /p p 　　质子交换膜的主要功能是传输质子，分隔反应气体以及电子绝缘。它负责“把门”，把质子放过去，把电子拦下来 催化层主要搭载的是催化剂，催化剂可以促进氢、氧在电极上的氧化还原过程并产生电流 气体扩散层则由基底层和微孔层组成，它要求具有高导电性、导热性和疏水性。 /p p style=" text-align: center " 　 strong 　这些关键材料，决定着燃料电池的寿命和性能。 /strong /p p 　　“巧妇难为无米之炊。我们的关键材料长期依赖国外，一旦国外禁售，我国的燃料电池产业便没有了材料基础支撑。”清华大学氢燃料电池实验室主任王诚说。 /p p 　　其实，这些材料我国并非完全没有，有些实验室成果甚至已达到国际水平。但是，没有批量生产线，燃料电池产业链依然梗阻。特别是在气体扩散层量产技术方面，我国还是空白。“这是因为气体扩散层的石墨化工序需要经过2000℃以上的高温才能制备，但关键设备高温炉技术还掌握在国外手中。”王诚解释。 /p p 　　要实现材料的批量生产，就得解决一致性和成本控制问题。它和实验室制备的难度不可同日而语。以催化剂为例，王诚告诉科技日报记者，目前商用的燃料电池催化剂仍是铂基催化剂，实验室制备水平一般为毫克级，量产技术需公斤级水平。批量生产要突破三项关键技术：一是反应条件的均一，确保批次稳定性 二是铂颗粒纳米尺寸控制，确保催化活性比表面积 三是提升碳载体的稳定性，达到车用工况下的使用寿命。 /p p 　　将实验室成果进行工业化放大是一项关键技术，需要企业介入。“长期以来，我国燃料电池的研发主要由高校和科研院所进行。企业持观望态度，参与得少，加入得晚。”邵志刚所在的大连化物所从1994年就开始开展车用燃料电池研究。但基础研究和应用之间的断裂，使得关键材料的工业化成为一道坎。 /p p style=" text-align: center " strong 　　要商业化，还得强链、补链 /strong /p p 　　王海江此番回国，就是想带着在燃料电池领域深耕多年的经验，和团队在深圳建成燃料电池产业链。 /p p 　　先有了南科燃料电池有限公司，主要做电堆关键部分生产、电堆集成和测试。但如果电堆原材料均需从国外进口，成本太高。于是，团队又成立了一家公司，主攻气体扩散层、质子交换膜和催化剂三种关键材料的国产化。“到时，燃料电池的成本能下降三分之一。”王海江说。 /p p 　　目前，我国电堆及产业链企业数量逐渐增长，预计2018年国内电堆产能将超过40万kW。“纯电动汽车近几年有很大进步，为燃料电池的应用创造了非常好的条件。”王诚表示，“此时，我们就更需要聚焦燃料电池内核创新。” /p p 　　要打破发达国家的长期技术垄断，就得加大对燃料电池核心材料产业化的投入。接受采访的专家均指出，燃料电池产业链“非常长”，涉及到氢能系统、燃料电池发电系统以及汽车等终端产品。“国内零部件、氢基础设施以及标准规范还不健全，需要强链、补链，带动新材料、新能源、汽车高端装备制造成长，才能促进燃料电池商业化提速。”王诚强调。 /p p br/ /p

日本、美国和欧盟等33个国家和地区本周将在有关燃料电池车安全性的国际标准方面采用日本方案。日系车厂商有望按日本国内性能参数进行出口。日本政府将简化行驶实验申请手续，以促进丰田和日产汽车等厂商的开发。为了抢占有望在10年内将扩大至3万亿日元(约合人民币1886亿元)的全球市场份额，日本厂商将发起攻势。 　　燃料电池车利用燃料电池促使氧和氢发生化学反应产生电力，以此驱动马达并作为汽车驱动力。行驶期间的尾气排放为零，在新一代汽车中，环保性能最高。有分析认为，与纯电动汽车(EV)相比，燃料电池车行驶距离将会更长。然而，在推进燃料电池车普及的过程中，制订防止氢爆炸的安全标准一直是一个课题。 　　此前，联合国发布的燃料电池车的安全标准的最终方案中大部分采纳了日本的提案。6月24～28日在瑞士日内瓦召开的联合国工作组会议上，各国将正式达成协议。中国和印度等新兴市场国家也将对此表示支持。 　　在日本方案成为国际标准后，日本厂商将无需为配合出口目的地要求而改变性能参数。丰田表示，“如果国际标准得以明确，将更容易建立量产体制”。各公司为了配合燃料电池车普及，计划将在2010年前曾为每辆1亿日元(约合人民币629万元)的售价降至500万日元(约合人民币31.4万元)左右，日本政府也将通过放宽限制来推动燃料电池车的普及。在公共道路上实施行驶实验需要获得日本国土交通大臣的批准，今后申请时间将从8周缩短至6周，这将推动汽车厂商的技术革新。

燃料电池堆作为燃料电池汽车的核心部件，其耐久性的优劣直接影响了燃料电池汽车的大规模商业化进程，受到了国内外的科研机构及企业的高度重视。目前，GB/T 38914-2020通过提取典型工况及寿命预测的方式为燃料电池堆耐久性测试提供了参考，但行业内仍缺少以实际车用工况进行耐久性测试的相关标准。由中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司牵头发起的CSAE标准《燃料电池电动汽车 燃料电池堆耐久性试验方法》已按《中国汽车工程学会标准（CSAE）制修订管理办法》有关规定通过立项审查，现正式列入中国汽车工程学会标准研制计划，起草任务书编号：2022-61。本标准中的耐久性循环工况是基于GB/T 38146.1-2019和GB/T 38146.2-2019规定的中国汽车行驶工况转化的，可以反映燃料电池堆在中国实际道路条件下的运行情况；本标准采用实测的性能衰减速率对燃料电池堆进行耐久性评价，不进行寿命预测。本标准的的提出可以进一步丰富燃料电池堆耐久性的标准体系，填补基于实车工况的燃料电池堆耐久性测试方法的空白。本标准旨在明确耐久性循环工况，细化性能复测方法，完善耐久性评价指标。在试验方法方面，统一了活化、极化曲线、耐久循环工况步骤、停机频率等；在循环工况方面，提出了基于中国工况的符合中国实际道路特点的燃料电池堆的工况；在性能复测方面，明确了性能复测的内容、频率和测试步骤；在评价指标方面，提出了电压衰减、功率衰减、效率衰减、一致性变化、安全性变化的评价测试体系。本标准将为燃料电池堆的制造商、应用方和第三方检测机构提供参考，为鉴别市场上电堆产品的优劣提供可靠依据，进一步推动燃料电池堆耐久性评价的系统化和规范化。标准发起单位：中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司、上海韵量新能源科技有限公司、上海捷氢科技有限公司、北京氢璞创能科技有限公司、森碧欧（上海）科技有限公司、中国第一汽车集团有限公司、深圳市氢蓝时代动力科技有限公司、广东国鸿氢能科技股份有限公司、东方电气（成都）氢燃料电池科技有限公司、佛山市清极能源科技有限公司、航天氢能（上海）科技有限公司、天能控股集团有限公司。欢迎相关领域的企业、测试机构、研究机构等单位积极参与到标准研究和编制工作中。如加入在研标准起草工作组，可添加标准管理部联系人微信，申请加入工作组交流群，并在CSAE标准信息平台（http://csae.sae-china.org/）注册登记。咨询方式：中国汽车工程学会 标准管理部电话：010-50911054邮箱：wwq@sae-china.org扫码添加联系人微信