當(dāng)前，燃料電池處于歷史轉(zhuǎn)折期，是從技術(shù)開發(fā)向商業(yè)運(yùn)作轉(zhuǎn)折的時(shí)期。得益于技術(shù)進(jìn)步，燃料電池的性能、壽命、成本三大主要問(wèn)題正在逐步解決，讓商業(yè)化發(fā)展成為可能。
首先，燃料電池的技術(shù)性能基本達(dá)到商業(yè)運(yùn)作水平。技術(shù)性能的不斷提升取決兩個(gè)前提。一是技術(shù)路線的明晰，在研發(fā)的起步階段，出現(xiàn)了各種各樣的技術(shù)路線，現(xiàn)在多條技術(shù)路線基本統(tǒng)一，主流技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。如高功率的金屬板電堆、70MPa的高壓氫氣瓶，這些都將成為燃料電池汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。
其次，燃料電池的材料、設(shè)計(jì)以及制造技術(shù)趨于成熟。從參考到試驗(yàn)，從加工到生產(chǎn)，我國(guó)目前已經(jīng)掌握了催化劑、膜、炭紙等關(guān)鍵材料的制備工藝，并且批量生產(chǎn)技術(shù)趨于成熟。如我國(guó)的電解質(zhì)膜已經(jīng)成功出口，被應(yīng)用于幾百兆瓦的整機(jī)發(fā)電設(shè)備。
從國(guó)際形勢(shì)來(lái)看，燃料電池壽命符合車輛正常使用的要求，可以達(dá)到10000小時(shí)以上。我國(guó)也正在研究通過(guò)控制程序和零部件的整合，使燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在整車上的壽命達(dá)到5000-10000小時(shí)。
值得一提的是，燃料電池壽命的持續(xù)提高得益于材料技術(shù)的進(jìn)步。以交換膜為例，如今采用的交換膜強(qiáng)度較10年前有極大的提高，不止強(qiáng)度，催化劑性能也保持穩(wěn)定，因此燃料電池的耐久性和壽命都有大幅度提高。
技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)燃料電池壽命提高的例子還體現(xiàn)在控制技術(shù)方面。經(jīng)過(guò)十幾年的努力，我國(guó)各大高校和科研機(jī)構(gòu)針對(duì)燃料電池的運(yùn)行條件控制和冷啟動(dòng)保護(hù)等項(xiàng)目進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制技術(shù)使燃料電池在適合的狀態(tài)下運(yùn)行。顯然，這些技術(shù)進(jìn)步保證了燃料電池壽命能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
最后，燃料電池成本有望繼續(xù)降低。高成本一直是制約燃料電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。但是，這并不是死命題無(wú)法解決。從豐田發(fā)展燃料電池汽車的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，基本確定了兩條線路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。一是依托材料技術(shù)的發(fā)展，降低材料成本；二是實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，攤薄制造成本。
在材料方面，材料技術(shù)大幅度發(fā)展使得一輛汽車的催化劑用量降至20～30克，與以往80～100克的用量相比，節(jié)省了3倍以上成本。從全球的研發(fā)成果來(lái)看，催化劑的使用量還在繼續(xù)降低，實(shí)現(xiàn)了材料成本降低的預(yù)想。也正是基于此，豐田能夠推出量產(chǎn)型燃料電池汽車。
另一方面是批量制造。當(dāng)前我國(guó)的燃料電池汽車數(shù)量非常小，所以成本仍然居高不下，所以仍需要一段時(shí)間的積累和努力，建議吸收社會(huì)力量，通過(guò)批量生產(chǎn)使燃料電池成本降下來(lái)。
盡管燃料電池技術(shù)趨于成熟，但是實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)需要考慮諸多因素。如氫氣的制備、氫氣的供應(yīng)等鏈條都與國(guó)家整體的發(fā)展情況息息相關(guān)。那么，我國(guó)目前的儲(chǔ)備情況如何？
從氫氣的來(lái)源來(lái)看，我國(guó)是全球最大的氫氣產(chǎn)出國(guó)，美國(guó)、德國(guó)、日本與我國(guó)仍存在一定的差距，電解水制氫技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，規(guī)模達(dá)到1000立方米/時(shí)，為我國(guó)燃料電池汽車發(fā)展提供了有力的支撐。
在氫氣的供應(yīng)方面，我國(guó)儲(chǔ)氣瓶的產(chǎn)量在全球也居前位，目前正在攻關(guān)70MPa的儲(chǔ)氫罐。另外，固體儲(chǔ)氫產(chǎn)量也有一定的儲(chǔ)備。
在電池性能方面，通過(guò)三個(gè)五年計(jì)劃發(fā)展，燃料電池用的各種關(guān)鍵材料和零部件，測(cè)試性能和實(shí)用性能達(dá)到了國(guó)際水平。
雖然上述準(zhǔn)備為我國(guó)發(fā)展燃料電池汽車打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但是在能源戰(zhàn)略中，尤其在整機(jī)發(fā)電能力方面，我國(guó)與國(guó)外還存在差距。目前國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)達(dá)到幾百兆瓦級(jí)的整機(jī)發(fā)電設(shè)備，以我國(guó)當(dāng)前的情況來(lái)看，這是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
如何發(fā)展？建議從應(yīng)用入手，可先解決四個(gè)方面的問(wèn)題。一是電源系統(tǒng)，包括應(yīng)急電源、備用電源等；二是動(dòng)力系統(tǒng)，包括車用動(dòng)力、船用動(dòng)力等；三是氫能儲(chǔ)運(yùn)，包括可再生能源的儲(chǔ)存、運(yùn)輸；最后是分布式供能。
我國(guó)也在安排自己的步驟。從燃料電池、氫能儲(chǔ)運(yùn)、氫氣制取方面入手，尤其氫氣的制取，可通過(guò)化石制氫向可再生能源制氫逐步過(guò)渡。
與此同時(shí)，太陽(yáng)能和風(fēng)能的資源與天然氣輸送管道匹配，可以把太陽(yáng)能、風(fēng)能轉(zhuǎn)化成氫氣通過(guò)管道輸送到發(fā)達(dá)地區(qū)。粗略計(jì)算，到2020年，如果將20%的風(fēng)能用來(lái)制取氫氣，那么每年可生產(chǎn)180億立方米氫氣。
此外，燃料電池的發(fā)展需要協(xié)同創(chuàng)新，科技界在這方面已經(jīng)做了許多先導(dǎo)性的工作，需要社會(huì)資本、商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同努力。
（本文根據(jù)潘牧在“燃料電池技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化沙龍”現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言整理，未經(jīng)本人確認(rèn)）
電池網(wǎng)微信
