鉅大LARGE | 點擊量：534次 | 2022年12月09日
燃料動力電池的體積、重量比功率仍需提升
“從國際范圍來看，目前燃料電池汽車應(yīng)用仍處于市場導(dǎo)入階段?！痹?0月18日的“第六屆中國國際節(jié)能與新能源汽車展覽會”同期召開的“第五屆燃料電池汽車技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇”上，中國工程院院士衣寶廉表示，雖然燃料電池汽車整體應(yīng)用性能已經(jīng)達到了燃油汽車的水平——不管是續(xù)駛里程、舒適性、加氫時間、低溫適應(yīng)性，基本都與燃油汽車一致，但其成本還有待降低，這是其發(fā)展面臨的最大限制。這就需要盡快提高燃料電池體積、重量比功率，以實現(xiàn)燃料電池商用車應(yīng)用降成本，同時為燃料電池乘用車應(yīng)用打好基礎(chǔ)。
中國電力報：請您介紹一下，目前燃料電池及燃料電池汽車整體發(fā)展情況如何？
衣寶廉：燃料電池比較安全，但系統(tǒng)比鋰電池復(fù)雜。同時，燃料電池的動態(tài)響應(yīng)比較慢。對這一問題，最有效的解決辦法就是采用電電混合動力——燃料電池+二次電池（超級電容器）。二次電池具有消峰填谷的作用，這樣就減少了燃料電池功率的變化速度和變化的橫度，一定程度彌補了燃料電池響應(yīng)較慢的缺點，同時提高了燃料電池的壽命。因此，目前世界上所有的燃料電池汽車基本上都是電電混合動力型的產(chǎn)品。
電電混合是我國最先研發(fā)的氫燃料電池技術(shù)路線。目前，我國基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺，掌握了燃料電池的核心技術(shù)，并經(jīng)過大量的示范累積了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗，具備了燃料電池汽車大規(guī)模示范運行的條件，或說是產(chǎn)業(yè)化初期的條件。不過，整體來講，目前我國的燃料電池技術(shù)與相比國外還是落后的。
另外，氫燃料電池目前還沒有批量生產(chǎn)線，我認為這主要是因為，雖然已經(jīng)有很多的氫燃料電池技術(shù)路線，但還沒有出現(xiàn)大家統(tǒng)一認為可以用10年的技術(shù)，燃料電池整體還在技術(shù)進步的路上。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
中國電力報：就您看來，當(dāng)前怎樣才能盡可能地延長燃料電池應(yīng)用壽命？
衣寶廉：目前，已有燃料電池穩(wěn)定運行時長達5萬小時，但應(yīng)用到汽車上時，其壽命會因為車用工況兒而縮短。例如，當(dāng)汽車高速加載時，會導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)由于供氣不足出現(xiàn)反極、高溫情況，以及電流波動、電壓波動，深度波動等各種波動情況，導(dǎo)致燃料電池中的碳氧化，嚴(yán)重時膜受損、熔融，整個電池就會損壞。
總體來講，高電位不僅會引起燃料電池電堆壽命衰減、引起鉑氧化，當(dāng)高電位達到0.8伏以上時，還會導(dǎo)致鉑流失及降低電催化劑活性。高電位還會引起碳氧化，導(dǎo)致電極、擴散層親水及傳質(zhì)極化和電堆一致性下降。因此，想要延長燃料電池使用壽命，高電位現(xiàn)象應(yīng)該盡量避免。
解決高電位問題，可以采用放電的方法。當(dāng)氫燃料電池汽車啟動停車時，實測其陽電極能夠達到1.6伏，形成一個內(nèi)部回路，采用放電的辦法，可以把電池里殘存的氫放光，從而把高電位消除。目前，新源動力公司已經(jīng)在應(yīng)用該方法——實際應(yīng)用情況證明，采用放電措施以后，燃料電池幾乎沒有衰竭。
當(dāng)陽電極水流動至氫電極時會形成水滴，水滴里沒有氫，就會造成燃料電池系統(tǒng)局部燃料供應(yīng)不足，形成局部反擊，這時氧電極局部電壓就可能高達1.6伏，形成氧化。所以，要解決高電位問題，還要把氫氣循環(huán)起來，這樣就能夠?qū)⑷剂想姵仉姸褖勖岣咭粌汕€小時。
因此，希望國內(nèi)有關(guān)燃料電池機理、衰竭原理的研究，能夠與相應(yīng)的發(fā)動機研究配合，把現(xiàn)在已經(jīng)掌握的燃料電池原理都應(yīng)用到相應(yīng)的發(fā)動機。這樣的話，我認為，乘用車用燃料電池壽命超過1萬小時也是沒有問題的。
中國電力報：結(jié)合目前的市場情況，您對我國燃料電池產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展有怎樣的建議？
衣寶廉：首先，盡快完善燃料電池發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈，盡快實現(xiàn)電池關(guān)鍵材料如電催化劑，質(zhì)子交換膜、MEA、雙極板等批量生產(chǎn)，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎(chǔ)。
例如，建立擴散層碳紙，包括膜、電極、催化劑、增強膜、MEA生產(chǎn)線等，研發(fā)生產(chǎn)空壓機、氫氣循環(huán)泵等。
同時，提高燃料電池電堆的體積、重量比功率，為開發(fā)乘用車奠定基礎(chǔ)，其實開拓燃料電池商用車市場也需要研發(fā)高體積、重量比功率的燃料電池電堆。這不僅是為了實現(xiàn)產(chǎn)品體積小的需求，更是為了降低產(chǎn)品成本。
要想提高燃料電池電堆體積、重量比功率，核心是要提高電流工作密度、電極工作電流密度。目前，國內(nèi)燃料電池電堆重量比功率從0.5~1安培提高到了2~3安培，已經(jīng)有很大的進步；改進燃料電池電堆的一致性，包括制備零部件的一致性和組裝工藝的一致性。一致性不好，單片電壓提再高也沒有用。
再者，深入研發(fā)燃料電池電堆衰減機理，最好是能實現(xiàn)較抗噪材料的替代，以延長燃料電池發(fā)動機壽命、提高可靠性和耐久性。
另外，開展超低鉑、非鉑電催化劑理論與應(yīng)用研究，從而進一步將燃料電池鉑用量降低到小于0.1克/每千瓦。目前，我國燃料電池的用鉑量想要實現(xiàn)從0.3~0.4克/每千瓦降至0.1克/每千瓦，還需要做大量的工作。不過，即便這一進程拖后一點，也不會影響我國燃料電池汽車商業(yè)化初期的運行。
最后，加快加氫站建設(shè)。目前，我國已經(jīng)在加快建設(shè)加氫站，預(yù)計2020年能建成100個加氫站，我認為屆時我國商用燃料電池車就能夠跑起來了。
