近日，中国工程院院士、中科院大连化学物理研究所研究员衣宝廉就《燃料电池汽车现状与氢源》进行专题分享。
2020年，财政部、工信部、科技部、国家发改委、国家能源局联合发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，并于2021年先后批复了京津冀、上海、广东、郑州、河北五个城市群，启动了燃料电池汽车示范工作。在示范政策支持下，我国燃料电池汽车产业实现了快速发展。
衣宝廉表示，燃料电池车的产业化是氢能应用的突破口，我们要坚持自主创新突破卡脖子技术，实现关键产业链和部件的批量生产，大幅度降低燃料电池汽车加氢站建设和氢源的成本。
衣宝廉还表示，当前燃料电池的成本比较高，是燃油车的两倍，锂离子电池车的1.5倍。而且加氢站建设费用也比较高，平均在1200~1500万元。
最后，衣宝廉指出，要实现无补贴的燃料电池车商业化，必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气的成本，同时降低加氢站的加建设费用。
以下为衣宝廉演讲实录：
今天我就针对氢能燃料的突破口燃料电池技术做一个简短的报告，报道题目是——《燃料电池汽车的现状与氢源》。
在75次联合国大会上，习近平主席提出了在2030年实现碳达峰，在2060年实现碳中和，力争为全世界的碳中和作出贡献。要实现3060碳中和、碳达峰的目标，必须大力发展可再生能源，利用可再生能源电解水制备绿氢。既可实现储能和可再生能源的再分配，还可实现难以脱碳领域如交通、冶金、建筑领域的脱碳。燃料电池车的产业化是氢能应用的突破口，我们要坚持自主创新突破卡脖子技术，实现关键产业链和部件的批量生产，大幅度降低燃料电池汽车加氢站建设和氢源的成本，为实现燃料电池产业化而奋斗。
燃料电池的发电原理是电化学的，它的主要部件是电解质膜、催化剂和双极板。燃料电池的发电方式，它是要构成一个发电系统，有燃料电池电堆，氢气供给系统，空气供给系统和水业管理系统和电管理系统来构成的。燃料电池系统装到车上，我们用氢瓶代替油箱，用燃料电池发动机代替内燃机，得到的好处是排放物仅仅是水。燃料电池是大电流低电压设备，同时要跟二次电池进行混合动力推动电机，最后使车进行前进。燃料电池适合大功率和长里程的车。
那么燃料电池的优点与必须攻克的难点有哪些？
燃料电池能量高，可达到0.5-1.0KWH/Kg，电堆和氢罐是分开的，不会产生燃烧和爆炸。在极寒条件下，燃料电池里程不打折扣，废热可以为车供暖，燃料电池的续驶里程加氢时间和驾驶的舒适性都可以和燃油车相媲美。
为什么这么多优点不能实现产业化呢？它要实现产业化，主要在于燃料电池的成本比较高，是燃油车的两倍，锂离子电池车的1.5倍。而且加氢站建设费用也比较高，平均在1200~1500万元。
另外燃料电池加的纯净氢也比较贵，大概每公斤要达到60~70块钱，一定要有政府补贴，要降到30块钱以下，才能跟燃油车竞争。因此我们要实现无补贴的燃料电池车商业化，必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气的成本，同时降低加氢站的加建设费用。
燃料电池要想降低费用，首先是要降低电堆的费用，我们要提高电堆的比功率，降低播用量。第二要突破卡脖子技术，实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、双极板、膜电极三合一与电池的关键部件有空压机的批量生产。三是依据工况和电堆适宜运行条件，制定控制策略，确保电池系统能够达到用户的要求。
燃料电池的极化曲线，它是有三种计划，一个是化学计划，一个是欧姆计划，一个是能差计划。我们要想提高燃料电池堆的性能，必须降低这三种计划。因此我们要研制高活性的电催化剂，降低电堆的化学计划，要采用增强的薄的质子交换膜，降低欧姆计划要改进流场，增强氧的传质能力，改进电极结构，减少氧的传质阻力，降低能差异化。
美国的能源部测算，要达到批量化生产，成本能够降低50%以上，因此我们要实现关键材料和部件的生产，降低燃料电池电堆的寿命。电堆的寿命占发动机寿命的50%左右，到时候我们的关键部件比如说空压机等实现批量生产，到2025年电堆就能下降到1000元以下。再加上提高电堆的工作电流密度，也就是说我们从现在的每平方1到2个安培提高到3到4个安培，电堆的输出功率增加一倍，电堆成本能下降50%，所以到2025年我们的电堆可以降到300元到500元，整个发动机系统的每千瓦能够到1000元左右。
另外，我们还要改进电堆的组装工艺，大幅度提高电堆一致性，让电堆在更高的电流密度下，比如说四安培稳定工作，进而大幅度提高电堆的比功率，让同一电堆输出更多功率，达到降低电堆成本，研发抗毒的氢氧化电催化剂，让燃料电池可以用粗轻做燃料，可以用副产轻作燃料，大幅度降低燃料电池运行成本，达到能与燃油车相竞争的水平；另外我们要基础研究结果，依据基础研究改进电子系统与控制策略，提高电子系统在工况运行条件的可靠性与耐久性。
下面我讲一下氢源，氢源有三种方式，一个是可再生能源电解水制氢，再一个就是化学工业的副产氢，另外就是用生物质来做氢。
电解水制氢有三种方式，一个是碱性电解水，一个是质子交换膜电解水，还有一个固体氧化物电解水。固体氧化物电解水耗能最低，他在700到800度工作，比如说核电厂用它的废液，这样电能消耗就比较少了。但是现在更处在一个研究阶段。我们团队在六安建的兆瓦级的电解水和兆瓦级的燃料电池，利用燃料电池用能低谷的时候电解水制氢在峰值的时候燃料电池发电进行液电联动来补充电网的电能。
现在如果要把西北和西南的可再生能源电解水输送到中原地区，那么就有了氢长距离输送问题。氢储运问题是现在最难克服的难点，从长远角度我们希望是管道运输或者是把氢变为氨，合成氨或者合成甲醇。更好的一种方式是把氢加到天然气管网当中输送，但是氢有一个安全问题，因此国内正在进行实验阶段，现在纯氢送氢管道在建，天然气混氢也在进行实验，取得非常好的进展。
如果说天然气管网能够混进去氢气，氢气大于5%的时候，我们可以在用氢的时候可以采用膜分离把氢分离出来，如果低于5%，可以抽出等液值的天然气重整制氢，可以降低氢的成本。另外在中原地区有副产氢，可以把副产氢进行净化达到燃料电池的要求。
加氢站的主要费用是氢气压缩机、储氢罐和加氢站。现在国内已经有了417个加氢站，世界第一。当加氢站每天能加到500-600公斤的氢气，那么它就开始盈利了。所以我们要发展燃料电池车，现在国内已经提出要建氢能高速公路网，这样商用车会大幅度的推广，来解决无二氧化碳排放的国内物资运输问题。另外我们发展乘用车，加氢站发展到一定程度就可以发展乘用车，先发展网约车、出租车，这样加氢站是可以跟得上的，所以燃料电池的数量会有所增加，现在达到1.8万辆，预计2025年会达到3万辆左右。
要实现燃料电池关键材料和部件产业化，批量生产，同时提高电堆的比功率，就可以大幅度降低燃料电池发动机成本，进而降低燃料电池汽车的成本。靠技术创新，提高电堆工作电流密度和简化电池系统，采用低铂有序化电极大幅度降低铂用量，将燃料电池车的成本降低锂离子电动车水平。
二是大力发展可再生能源，电解水制备绿氢，采用天然气和纯氢管网输送氢气，研发并使用抗毒氢氧化电解化气，加氢站加氢可降至每公斤30元以下，车的运行费用就可以和燃油车竞争了。
三是实现加压氢气瓶和加压氢气压缩机的国产化和批量生产，大幅度降低加氢站的建设费用，在加氢站达到一定密度可以实现乘用车的商业化。