前我國(guó)政府非常重視新能源汽車的發(fā)展，燃料電池汽車具有動(dòng)力性能高、加氫快、充電快、續(xù)航里程長(zhǎng)、接近零排放等優(yōu)點(diǎn)，成為新能源汽車的有力競(jìng)爭(zhēng)者，也迎來了難得的發(fā)展機(jī)遇。2018年被稱為氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展年，展望2019年，中國(guó)的車用燃料電池技術(shù)要在國(guó)際上具有競(jìng)爭(zhēng)力，重要的是要降低成本、提升電堆的工作電流密度和比功率、電池系統(tǒng)的可靠性和耐久性，需要科研院所與企業(yè)界聯(lián)合攻關(guān)，大力完善發(fā)展燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈，加快促進(jìn)我國(guó)燃料電池汽車商業(yè)化。

步入產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期

過去十多年間，在國(guó)家科技計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程的支持下，我國(guó)開展了氫能燃料電池汽車的研究、開發(fā)、示范、運(yùn)營(yíng)工作，初步形成了從燃料電池電堆、電池系統(tǒng)，到整車研發(fā)體系和制造的能力，開展了系統(tǒng)的示范運(yùn)行。

2014年12月15日，日本豐田公司開始銷售MIRAI汽車，同時(shí)宣布專利可以無償使用，這對(duì)燃料電池汽車發(fā)展具有重大意義。從國(guó)際上看，燃料電池汽車已經(jīng)渡過技術(shù)開發(fā)階段，進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入階段。從國(guó)內(nèi)來看，燃料電池關(guān)鍵材料的研究已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，全國(guó)政協(xié)副主席萬鋼在長(zhǎng)春科協(xié)年會(huì)上指出，氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上基本達(dá)到了車輛使用要求，中國(guó)初步掌握了相關(guān)的核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，未來主要是加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新，加快推進(jìn)燃料電池產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。

具體來看，在技術(shù)層面，氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)功率得到大幅度提升，用70兆帕氣瓶已經(jīng)可以跑500千米以上，基本上滿足零下30攝氏度啟停工況要求。在電堆方面，國(guó)際上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)達(dá)到了四缸內(nèi)燃機(jī)的體積水平，去年本田宣布已經(jīng)達(dá)到了六缸內(nèi)燃機(jī)的水平，功率密度達(dá)到每立升3千瓦以上。目前，國(guó)內(nèi)裝車的電堆僅達(dá)到每立升2.0千瓦左右，比國(guó)外低了1/3左右。

在安全層面，燃料電池安全性比較高，但系統(tǒng)比鋰電池復(fù)雜，同時(shí)燃料電池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較慢。應(yīng)對(duì)這一問題，最有效的解決辦法就是采用電電混合動(dòng)力——燃料電池+二次電池（超級(jí)電容器）的方案。二次電池具有削峰填谷的作用，這樣就減少了燃料電池功率的變化速度和變化的幅度，在一定程度上彌補(bǔ)了燃料電池響應(yīng)較慢的缺點(diǎn)，同時(shí)提高了燃料電池的壽命。因此，我國(guó)最先研發(fā)的氫燃料電池技術(shù)路線——電電混合技術(shù)，也成為目前世界上的主流。

未來，我國(guó)將大力推進(jìn)燃料電池在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，增強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)力；同時(shí)，在民用領(lǐng)域?qū)⒓薪鉀Q壽命與成本兼顧問題，從材料、部件、系統(tǒng)等三個(gè)層次進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新，盡快推進(jìn)燃料電池商業(yè)化步伐，提供高能效、環(huán)境友好的燃料電池發(fā)電技術(shù)，為建立清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系做出貢獻(xiàn)。

規(guī)模漸成 短板猶存

在具體應(yīng)用方面，由于燃料電池發(fā)電原理是電化學(xué)，車用效率比較高，可以達(dá)到60%左右，因此與純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車相比，更適合于大功率、長(zhǎng)程的運(yùn)輸，應(yīng)用在公交車和重載車方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。這也是燃料電池車代替柴油車的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，早在2015年，由于燃料電池乘用車受加氫站的限制，日本豐田和日野合作開發(fā)燃料電池大巴，準(zhǔn)備作為奧運(yùn)會(huì)的通勤車。最近日本豐田公司又開始和美國(guó)肯沃斯合作開發(fā)重載汽車，準(zhǔn)備在美國(guó)加州投運(yùn)10輛氫燃料電池卡車，加州空氣委員會(huì)為此提供了4500萬美元的資助。

2018年，國(guó)內(nèi)在示范運(yùn)行層面已經(jīng)行動(dòng)起來，比如上海方面表示，準(zhǔn)備投入400～500輛商用車示范運(yùn)行，還要建立動(dòng)力系統(tǒng)及零部件研發(fā)平臺(tái)、氫能產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)、燃料電池車運(yùn)營(yíng)保養(yǎng)中心三個(gè)平臺(tái)。在河北省張家口，有74輛燃料電池車開始示范運(yùn)行，其運(yùn)行的意義在于證明寒冷條件下運(yùn)行的燃料電池車只要解決了啟動(dòng)問題，會(huì)比鋰電池車更具優(yōu)越性，可以避免像鋰離子電池受溫度影響比較大的短板。

在企業(yè)層面，截至2018年，共有57家企業(yè)86個(gè)車型入選工信部銷售目錄，其中億華通有23款、廣東國(guó)鴻有20款，億華通與神力合作研制了3種類型的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，功率從30千瓦到60千瓦，都已實(shí)現(xiàn)裝車示范運(yùn)行。宇通客車已經(jīng)開發(fā)了三代燃料電池車，在鄭州開始示范運(yùn)行。國(guó)鴻氫能引進(jìn)巴拉德技術(shù)后，已經(jīng)能夠推出30～80千瓦的燃料電池電堆，在廣東省云浮市裝載了70輛燃料電池大巴車投入運(yùn)行。

截至2018年底，我國(guó)共有2400多輛燃料電池車在運(yùn)行，但運(yùn)營(yíng)加氫設(shè)施與國(guó)外差距較大。從世界范圍來看，截至2017年底，全球運(yùn)行的加氫站有328座，亞洲119座，歐洲139座，北美68座，南美1座，澳洲1座。其中，日本第一，91座；德國(guó)第二，45座；美國(guó)第三，40座。到2018年7月，我國(guó)共建成加氫站12座并投入運(yùn)營(yíng)，在建的加氫站有33座，距離2020年目標(biāo)建成100座還相差較大。

電堆、系統(tǒng)需兩手抓

2018年12月初，科技部發(fā)布《2019氫能等9大重點(diǎn)專項(xiàng)申報(bào)指南征求意見稿》明確提出，將對(duì)氫能與燃料電池關(guān)鍵零部件進(jìn)行攻關(guān)。

目前，雖然燃料電池汽車整體應(yīng)用性能，包括續(xù)駛里程、舒適性、加氫時(shí)間、低溫適應(yīng)性，基本都達(dá)到了燃油汽車的水平，但面臨的問題是沒有大批量的生產(chǎn)線，成本比較高，還要受加氫站的制約。這就需要盡快提高燃料電池體積、重量比功率，為燃料電池商用車應(yīng)用降低成本，為燃料電池乘用車應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

要想降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，特別是電堆成本，首先要研究提高單體電池的比功率，降低化學(xué)極化、歐姆極化和傳質(zhì)極化。同時(shí)，燃料電池的壽命是電堆和系統(tǒng)雙方配合的結(jié)果，所以同時(shí)加強(qiáng)電堆部分、系統(tǒng)部分關(guān)鍵部件的研發(fā)是今后努力的方向。具體措施包括：

首先，完善燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，盡快實(shí)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(kuò)散層碳紙、催化劑、質(zhì)子交換膜、電極、MEA生產(chǎn)線等，研發(fā)生產(chǎn)空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等。

其次，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)。開拓燃料電池商用車市場(chǎng)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(shí)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，核心是要提高電堆工作電流密度。目前，國(guó)內(nèi)燃料電池電堆單池額定工況的工作電流密度已從每平方厘米0.5～1安培提高到了2～3安培，已經(jīng)有很大的進(jìn)步。但要改進(jìn)燃料電池電堆，電堆的工作電力密度要提高，包括制備零部件的一致性和組裝工藝的一致性，否則單片電壓提再高也沒有用。

再次，深入研發(fā)電堆的衰減機(jī)理，開發(fā)抗腐蝕、穩(wěn)定的新材料，大幅度提高燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性。可靠性和耐久性是靠系統(tǒng)和電堆共同來決定的，電堆進(jìn)步了能促進(jìn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，所以電堆和系統(tǒng)要相互配合，通過關(guān)鍵材料的進(jìn)步來簡(jiǎn)化電池系統(tǒng)。

此外，開展超低鉑、非鉑電催化劑理論與應(yīng)用研究，從而進(jìn)一步將燃料電池鉑用量降低到小于0.1克/每千瓦，這是國(guó)際上燃料電池的基本要求。目前，從鉑用量來看，國(guó)際上在每千瓦0.2克，國(guó)內(nèi)0.4克左右，因此還需要做大量的工作。

最后，建立關(guān)鍵部件，包括電堆和電池系統(tǒng)的測(cè)試與耐久性快速評(píng)價(jià)方法。同時(shí)盡快建立中立性的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，這樣對(duì)推進(jìn)我國(guó)燃料電池技術(shù)進(jìn)步趕上世界先進(jìn)水平會(huì)有重大作用。

從商業(yè)化路線圖來看，在2020年前后，隨著技術(shù)進(jìn)步與規(guī)模效益的發(fā)展，燃料電池的成本將不斷下降，競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)逐漸提升，燃料電池潛在市場(chǎng)也會(huì)逐步壯大。在國(guó)家大力支持下，通過加強(qiáng)與先進(jìn)國(guó)家合作，在2020～2025年，我們應(yīng)該能突破關(guān)鍵技術(shù)，使燃料電池汽車能進(jìn)入S型曲線的起始階段，大幅度的產(chǎn)業(yè)化推廣估計(jì)要在2025～2030年間。

（作者系中國(guó)工程院院士、大連化學(xué)物理研究所研究員）

我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)與國(guó)際發(fā)展水平相差不遠(yuǎn)

在國(guó)家對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的大力支持下，我國(guó)新能源汽車、光伏等產(chǎn)業(yè)已逐步跑入世界前列，作為同樣屬于新興產(chǎn)業(yè)的儲(chǔ)能來說，也正處于不斷趕超國(guó)際先進(jìn)水平的征途上。3月16日，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)秘書長(zhǎng)劉勇在“首屆全國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)與綜合能源服務(wù)高層研討會(huì)”現(xiàn)場(chǎng)說：“我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)與國(guó)際發(fā)展水平已相差不遠(yuǎn)。”

不同技術(shù)路線儲(chǔ)能電池應(yīng)用情況如何?

劉勇：受產(chǎn)業(yè)規(guī)模、系統(tǒng)成本、能量及功率特性、服役特性等綜合影響，目前鋰離子電池(磷酸鐵鋰和三元鋰電池)優(yōu)勢(shì)突出，鉛炭電池、全釩液流電池及梯次利用電池特定場(chǎng)景下具備競(jìng)爭(zhēng)力。鉛酸電池在壽命方面、鈦酸鋰電池一次性投資成本方面、鈉硫電池在安全與技術(shù)方面、超級(jí)電容器在能量成本方面市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有待進(jìn)一步提升。

此外，水系鈉離子電池、水系鋅空氣電池等新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)也陸續(xù)進(jìn)入市場(chǎng)。同時(shí)，鋰漿料電池、全固態(tài)電池、半固態(tài)電池以及氫儲(chǔ)能也正在加快研究推進(jìn)和示范應(yīng)用。

產(chǎn)業(yè)目前面臨的主要難題有哪些?

劉勇：一是政策體系和價(jià)格機(jī)制有待完善?，F(xiàn)階段我國(guó)出臺(tái)的產(chǎn)業(yè)化相關(guān)的政策體系和價(jià)格機(jī)制仍不健全，儲(chǔ)能價(jià)值主要體現(xiàn)在給予其他系統(tǒng)的服務(wù)上(如調(diào)峰調(diào)頻、緊急電源等)，其獨(dú)立性應(yīng)用價(jià)值難以發(fā)揮。

二是項(xiàng)目投資成本偏高，儲(chǔ)能項(xiàng)目融資渠道有限。??

三是商業(yè)模式亟待創(chuàng)新。很多項(xiàng)目只能依靠短期調(diào)峰調(diào)頻及峰谷電價(jià)套利，調(diào)峰調(diào)頻的補(bǔ)償機(jī)制不健全，峰谷電價(jià)套利依賴于電價(jià)水平，具有不確定性，是一種非可持續(xù)發(fā)展模式。

四是儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)有待進(jìn)一步突破。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，電池企業(yè)與系統(tǒng)集成商難以在制造成本、工藝水平、安全環(huán)保等方面統(tǒng)一協(xié)調(diào)推進(jìn)。儲(chǔ)能電池的電芯僅從動(dòng)力電池延用而已。

五是在政策研究機(jī)制、系統(tǒng)集成、電池?zé)峁芾砑夹g(shù)、電池壽命和效率與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距，在安全性和回收技術(shù)上和發(fā)達(dá)國(guó)家面臨共同瓶頸。

六是標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)有待加速。需加快儲(chǔ)能技術(shù)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)的具體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，結(jié)合儲(chǔ)能項(xiàng)目開展安全性和環(huán)保性標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，結(jié)合不同應(yīng)用場(chǎng)景研究?jī)?chǔ)能技術(shù)并網(wǎng)、施工規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn);需規(guī)范儲(chǔ)能電池生產(chǎn)與回收環(huán)節(jié)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)建設(shè);探索儲(chǔ)能系統(tǒng)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

七是產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中應(yīng)重視頂層設(shè)計(jì)。政策制定要保持可操作性和持續(xù)性，建立產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、配置結(jié)構(gòu)、技術(shù)規(guī)范、管理規(guī)則等細(xì)則。

您如何看待我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)?

劉勇：我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用在去年已進(jìn)入發(fā)展提速期。電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用需求不斷增大。國(guó)家及地方層面也制定出臺(tái)了一系列涉及儲(chǔ)能應(yīng)用發(fā)展的支持性政策和方案，涵蓋了戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用等方面。發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、5G、物聯(lián)網(wǎng)以及應(yīng)急電源等應(yīng)用場(chǎng)景中的儲(chǔ)能商業(yè)模式在探索中不斷清晰。

當(dāng)前，我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)與國(guó)際發(fā)展水平已相差不遠(yuǎn)。在新型儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)、成本控制、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系、安全控制等方面與國(guó)際基本處于同一發(fā)展水平。

但同時(shí)也應(yīng)該看到國(guó)外在推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用雖然做了很多政策性研究與法律法規(guī)建設(shè)，但依然沒有形成可大規(guī)模復(fù)制的商業(yè)應(yīng)用模式。

據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模在2025年將達(dá)到24吉瓦，以現(xiàn)有磷酸鐵鋰平均功率成本1200~2600元/千瓦計(jì)算，到2025年中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)份額將邁入千億級(jí)別。