我国氢燃料电池汽车的现状及发展策略

李志强，王 侃，王会杰

（西华大学 汽车与交通学院，四川 成都 610039）

随着我国经济的快速发展，汽车的普及率和保有量在显著提升，2020年全国汽车保有量达到3.72亿辆，汽车产业进入了黄金时代，但是化石燃料匮乏危机、全球气候变暖和环境污染等问题也日趋严重。因此，大力发展新能源汽车，成为我国保护环境、节约能源的主要措施[1-2]。氢燃料电池汽车具有零污染、零排放、高效率、续航里程长、加氢时间短、低温启动性好等优点，被公认为21世纪最有潜力的新能源清洁动力汽车，特别是能够弥补我国纯电动汽车的不足，是我国新能源汽车“三纵三横”研究布局的重要环节[3-4]。但是目前我国氢燃料汽车产业还存在电池成本高、加氢站少、制氢困难等问题，对氢燃料电池汽车发展带来巨大冲击[5]，本文将结合目前一些急需解决的问题，为氢燃料电池汽车提出一些具有时效性的发展策略。

1 燃料电池概述

氢燃料电池作为氢燃料电池汽车的核心，通过电化学反应把燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置[6]。如图1所示，氢燃料电池工作原理是将氢气和氧气分别供给电池内部的阳极和阴极，氢气通过阳极在催生剂的作用下生成一个带正电荷的氢离子和一个带负电荷的电子，氢离子透过电解质到达阴极并且与氧气结合生成水，而阳极中的电子只能通过外部电路到达阴极形成回路，最终产生电流[7]。氢燃料种类繁多，通常按照电解质的不同分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池[8]。目前，在市场上使用率较大的是以质子交换膜作为核心材料的燃料电池，主要原因是由于质子交换膜室温下启动速度快，无电解质流失，且具有较高的比功率与比能量[9-10]。

图1 氢燃料电池的工作原理

2 氢燃料电池汽车的发展现状

2.1 氢燃料电池汽车市场现状

氢燃料电池汽车作为新一代的新能源汽车，对汽车产业结构调整起着主导性作用。自从2015年以来，我国氢燃料汽车呈现不断上升的趋势，在2019年我国氢燃料汽车产量达到3 018辆，而在2020年期间，全球受世界卫生事件的严重影响，以及政府的补贴力度减弱，氢燃料电池汽车受到严重的冲击，总产量只有1 199辆。根据中国燃料电池汽车市场现状与发展趋势分析，如图2所示，2015年氢燃料电池汽车产量10辆，2016年氢燃料电池628辆，2017年氢燃料电池汽车1 272辆，2018年氢燃料电池汽车1 612辆，2019年氢燃料电池汽车3 018年，2020年氢燃料电池汽车1 199辆。

图2 2015—2020年氢燃料电池汽车产量

我国氢燃料电池汽车产业结构中，氢燃料电池客车的产量占比逐年升高。如图3所示，2016年氢燃料客车28辆，2017年氢燃料电池客车189辆，2018年氢燃料电池客车710辆，2019年氢燃料电池客车1 340辆，2020年氢燃料电池客车549辆。目前，氢燃料电池客车生产主要集中在上汽大通、宇通客车、飞驰汽车、厦门金旅和申龙客车这五家客车企业[11]。随着市场的扩大，我国未来几年的氢燃料电池汽车仍然有巨大前景。

图3 2016—2020年氢燃料电池客车产量

2.2 氢燃料电池汽车行业政策

目前我国政府对于氢燃料电池汽车的发展相当重视。2016年12月，国务院发布了《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提到推进燃料电池汽车产业化。2018年四部委发布了《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》改善了燃料电池汽车的补贴技术要求，2019年四部委发布了《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》。2020年颁布了《中华人民共和国能源法征求意见稿》进一步鼓励大力发展氢燃料汽车，2020年4月30日颁布了《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，财政部进一步明确“以奖代补、择优支持”的思路，如表1所示到2025年，我国要求实现10万辆氢燃料电池汽车的规模[12]。这些政策都将有力推动氢燃料电池汽车产业的大力发展。

表1 氢燃料电池汽车行业政策

3 国内氢燃料电池汽车发展中存在的问题

3.1 氢燃料电池汽车产业链不完善

我国氢燃料电池汽车产业链较长，主要包括两大部分，第一部分是氢燃料电池系统及关键部件，第二部分是整车生产。与传统汽车相比较，增加了氢燃料系统和车载供氢系统，目前受到国内工业水平的影响，在实际生产中，核心部件和关键基础材料仍然依赖进口[13]。而产业链所涉及的主要零部件包括高压储氢瓶、减压阀、氢气循环泵、空气压缩机、DCDC转化器、水泵、散热器、各种控制器等，其中主要的核心零部件包括氢气循环泵、空压机、增湿器、质子交换膜，核心部件目前主要依托于国外供应商，国内许多龙头企业发挥的产业链的带头作用还不足，氢燃料电池系统中的核心技术严重缺失，给未来发展氢燃料电池汽车带来一定的影响[14-15]。

3.2 燃料电池生产成本较高

氢燃料电池系统占据整车成本的50%，氢燃料电池（电堆）占据了氢燃料电池系统成本的60%，而造成氢燃料电池成本高的原因有两点，第一，氢燃料电池结构比较特殊；第二，电池的制造材料价格昂贵[16]，其中电堆中双极板、催化剂、质子交换膜、碳纸等材料是氢燃料电池的主要成本，其核心材料包括铂催化剂、电解质膜和双极板[17]；氢燃料电池都是使用铂作为催化剂，该金属成本较高；且由于氢燃料电池中的电解质膜具有很好的氧化和还原稳定性，所以电解质膜的价格也较贵；燃料电池中的双极板主要是石墨烯材料，其加工成本大。

3.3 氢能基础设施建设相对落后

目前，我国储氢技术还不够成熟，氢气储存的安全性、氢气浓度、成本等问题是影响氢燃料电池发展的核心。目前常用的储氢技术包括物理储氢、化学储氢、其他储氢。物理储氢虽然成本低，但是安全性较差；化学储氢虽然安全性较高，但是放氢较难，且浓度较低；其他储氢也存在安全性高，但储氢浓度低的问题。

随着氢燃料电池汽车的发展，加氢站的建设是基础设施建设之一。目前国内建设一座加氢站需要消耗200美元～250美元，成本较高。近年来，随着政策的支持，加氢站也在不断增加，截至2020年12月底，我国建设了118座加氢站。如图4所示，加氢站的数量也在不断的增加，2018年，全国加氢站369座，2019年，全国加氢站432座，2020年，全国加氢站553座。但是从全国范围来看，全国的加氢站的数量依然较少。

图4 2018—2020年全国加氢站数量

4 氢燃料电池汽车发展的策略

4.1 加强完善氢燃料电池汽车产业链

氢燃料电池汽车要实现快速的发展，必须把核心部件的技术掌握在自己手中，才能够更好地发展氢燃料电池汽车。首先，从国家政策导向出发，国家对燃料电池产业扶持的重心必须向上游关键材料及零部件转移，陆续出台一系列产业链培育、技术研发创新、重大技术攻关等政策，才能使氢燃料电池汽车的产业链具有核心竞争力[18]。其次，要加强氢燃料电池中各个零部件制作的国产化和技术水平，提升各个核心部件和系统的研发，从而形成封闭的产业链，促进氢燃料电池汽车的发展。最后，要加强系统制造商和整车企业的研发，建立产学研联盟，促进技术的研发[19]。

4.2 加强研发投入，降低电池生产成本

目前，对于氢燃料电池汽车电池的制造材料价格昂贵等一系列问题。首先，要实施财政政策、金融政策、产业组织政策和企业帮扶政策等相关政策，加强龙头企业建设、加大人才培养和引进力度，有效地加快企业的自主研发能力。其次，企业要不断突破制造材料昂贵、稀缺的瓶颈，自主研发具有低成本、高稳定的新材料，例如：可以用其他材料代替双极板所使用的石墨烯材料，实现批量生产，降低电池生产成本[20]。最后，要实现电池技术的技术突破离不开专业人才，因此，要建设一支稳定的专业人才队伍，推进电池核心技术的突破。

4.3 加强政策引领，促进氢能基础设施完善

目前，我国储氢技术相对比较落后，面对氢气具有易燃、易爆、易泄露的特性，要不断提高各类储氢技术的效率，降低储氢过程中的成本，提高安全性[21]。面对我国氢燃能基础设施相对落后、加氢站较少的问题。首先，坚持市场主导与政策驱动并行，逐步建立科学合理的产业补贴政策，将加氢站纳入国家重点扶持的公共基础设施[22]。最后，要推进加氢站基础设施建设，完善加氢站建设的相关政策，细化更新各类标准，完善建设过程中的各种审批流程，降低审批难度，提升建设效率[23]。

5 结论

本文对我国氢燃料电池汽车市场现状和行业政策进行了概述，并分析了我国氢燃料电池汽车发展中存在的问题，提出了加强完善氢燃料电池汽车产业链、加强研发投入，降低电池生产成本、加强政策引领，促进氢能基础设施完善等发展策略，为氢能源汽车进一步发展提出了可行的建议。该研究成果为我国氢燃料电池汽车产业的发展起到了参考作用，同时也对汽车行业的发展趋势起到导向作用。