衣宝廉：燃料电池解决“拦路虎” 三到五年有望迎来普及

郭文佳

中国工程院院士衣宝廉在2019中国汽车产业发展（泰达）国际论坛上，发表了题为“提高车用燃料电池可靠性与耐久性”的演讲。他表示，燃料电池车想要实现大面积的应用，其造价要达到锂电池电动车的水平，行驶费用要达到燃油车的水平，预计仍需要3至5年才能实现。

国内燃料电池车现状

衣宝廉表示，国内从2001年成立电动汽车国家专项就开始做燃料电池研究，距今已有20年了。在上海世博会以前，最重视的问题是燃料电池车能不能适用，技术能不能得到突破。在奥运会示范以后，上汽做了创新征程，分南线和北线，它的目的是考察锂电池车、燃料电池车和混合动力车这三种电动车对中国环境的适应性。所有的车都在西藏进行了预热，衣宝廉说：“当时我最担心的是燃料电池车能不能在西藏跑起来。”实验结果是完全可以跑起来，但因为西藏的氧浓度只有10%，因此速度达不到预期。但无论如何，示范还是成功的，这三种车不管在我国的沿海还是内地，都可以驾驶。

2018年2月11日，中国氢产业联盟成立。像能源集团、“三桶油”都加入能源联盟，基于国企的雄厚资金实力，氢产业联盟已成为发展氢能和燃料电池的中流砥柱。

国内到现在有23个省市相继发布了氢能和燃料电池的发展计划。衣宝廉认为，燃料电池有三个示范较好的地区，依次是发展基础最好的以上海为中心的长三角地区，那边既有三大平台，还有近千辆示范车辆;其次是以广东省为核心的珠三角地区;另外是以清华、亿华通支撑起来的北方地区，以及以冬奥会为突破口的张家口地区。所以燃料电池三个示范比较好的地方，长三角、珠三角和张家口地区。

据衣宝廉介绍，目前我国持续加大燃料电池的推廣，2018年燃料电池汽车的累计销量达1527辆，同比增长20%。燃料电池发电的原理是电化学，因此效率比较高，相对来讲燃料电池是比较安全的，能量和转化发电是分开的。

目前，国内燃料电池在寿命、可靠性、使用性上基本达到了车辆使用要求，中国已初步掌握了相关核心技术，基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台。

加强协同创新

推进产业全面发展

衣宝廉表示，未来要加强协同创新，加快推进氢能燃料电池产业的全面发展。

第一，积累示范经验，具备大规模示范，并能考核经济性的基础。

第二，尽快实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、双极板等批量生产，为降低电堆成本、提高电堆一致性奠定基础。

第三，提高电堆的比功率，降低电堆成本和铂用量。

第四，进一步提高电堆的可靠性和耐久性。提供燃料电池制造所需的适宜环境，确保燃料电池寿命。

另外，衣宝廉针对我国燃料电池的发展问题建议，尽快完善燃料电池发动机的产业链，提高电堆的工作电流密度，提高燃料电池的体积和重量比功率，为乘用车奠定基础。另外，深入研发电堆衰减机理，开发抗腐蚀新材料、大幅度提高发动机的可靠性与耐久性，并表示希望我国在2023-2025年把燃料电池车的成本降到跟锂离子电池车比较近的水平。

解决四大问题

提高电堆可靠性和耐久性

首先是工况问题。目前，我国燃料电池堆和系统可靠性与耐久性等与国际先进水平仍存在差距，在全工况下的可靠性与耐久性有待提高。因此，需加强燃料电池系统整体的过程机理及控制策略研究。

那么解决的措施，首先做到电电混合，司机把油门踩下去，这个电大概毫秒级到微秒级就变化了，可是燃料电池把电发出来，空气氧气要送进去，这个时间是秒级的，所以燃料电池就跟不上，它就欠气，要反极和腐蚀。采用了电电混合以后，驾驶性能达到燃油车的要求，踩下以后锂离子电池先给驱动电机供电，燃料电池增加气体，同时增加功率输出，燃料电池输出功率增加，锂离子电池输出功率下降，最后都是燃料电池，锂离子电池电量少的时候给锂离子充电，所以电电混合是必须的，现已被全世界采用。第二是电池使燃料电池运用更平稳、寿命更长。像丰田为了安全放弃锂电池，也有用超电容的，这解决了快速加载的问题。

其次是开路、怠速、低载所产生的高电压会减少电池寿命。电压在0.85伏以上，碳粉的氧化速度也加快，这都会产生铂的流失，铂的流失以后用铂越来越少，所以寿命就会缩短，要控制燃料电池的电压在0.85伏以下，就要限制这些高电位，特别是启动停车。启动停车会造成铂大量的流失。启动停车最有效的办法是采用放电，把高电位消除。高电位不消除，启动停车一次每节电池系统衰减0.35豪伏。消除以后基本上就平稳了，像丰田的电堆，一个电堆370节，一次启停就要下降十几豪伏。

再者是低温问题。水结冰体积会增加，所以一定要解决低温储存和启动问题。电池里边有三种水，一个跟磺酸结合的束缚水，一个是自由活动的自由水，还有是介于之间的半束缚水。半束缚水束缚力越强结冰温度越低，所以在低温下要将燃料电池内自由水全部吹光，这样的话结冰以后才不会破坏膜和电极的结构，启动的时候可以用二次电池辅助加热电堆，在制定一定提升电流程序等，就可以启动起来了。

最后是阳极水管理问题。燃料电池的水是在氧电极生成的，所以要要保证阳极处于氢循环状态，这样阳极水滴就不存在了，做到这点，燃料电池的寿命便可延长至2000小时。

（本文根据衣宝廉在2019中国汽车产业发展（泰达）国际论坛上演讲速记整理，未经本人审阅。）