萬鋼作為學(xué)者型官員,是汽車領(lǐng)域權(quán)威專家,他于本世紀(jì)初曾任國家“863”計劃電動汽車重大專項首席科學(xué)家、總體組組長,并作為第一課題負(fù)責(zé)人承擔(dān)了該項目中技術(shù)最為復(fù)雜、任務(wù)最為繁重的燃料電池轎車項目。正是出于對燃料電池特別是氫燃料電池的深刻認(rèn)知,萬鋼在多個場合下提醒產(chǎn)業(yè)界在大力發(fā)展純電動汽車和混合動力汽車的同時,也要高度重視氫燃料電池汽車的研發(fā)。
體現(xiàn)綠色理念
隱含發(fā)展難題
燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。中國電子科技集團公司第十八研究所的付甜甜介紹說,燃料電池概念最早由英國威爾士科學(xué)家格羅夫于1839年提出。燃料和空氣分別送進燃料電池,電就被生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等,像一個蓄電池,但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。
氫燃料電池是使用氫制造能量的電池。其發(fā)電的基本原理是電解水的逆反應(yīng),其產(chǎn)物是電和水。具體反應(yīng)過程為:電池陽極上的氫在催化劑作用下分解為質(zhì)子和電子,帶陽電荷的質(zhì)子穿過隔膜到達陰極,帶陰電荷的電子則在外部電路運行,從而產(chǎn)生電能;在陰極上的氧離子在催化劑作用下和電子、質(zhì)子發(fā)生化合反應(yīng)生成水。電池組通過像這樣大量串聯(lián)的燃料電池,就可以產(chǎn)生足夠的電能來驅(qū)動汽車。氫燃料電池與普通電池的區(qū)別主要在于:干電池、蓄電池是一種儲能裝置,是把電能貯存起來,需要時再釋放出來;而氫燃料電池嚴(yán)格地說是一種把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。
我們不難發(fā)現(xiàn),氫燃料電池不僅能量轉(zhuǎn)換效率高,只產(chǎn)生水和熱,對環(huán)境無污染,綠色環(huán)保,而且無振動、噪聲低、使用壽命長。同時,燃料電池所使用的氫燃料來源廣泛,可采用水分解制氫,也可以從再生能源中獲得。相比純電動汽車的蓄電池,氫燃料電池充電時間要短得多,更換更便捷。付甜甜也指出了氫燃料電池存在的三大局限:一是制氫儲氫技術(shù)復(fù)雜,價格昂貴;二是對密封性要求嚴(yán)格,使得燃料電池發(fā)動機的制造工藝相對復(fù)雜,使用、維護困難;三是由于燃料電池不能充電,氫燃料電動汽車必須配備輔助電池系統(tǒng)。
奮起迎頭追趕
奠定發(fā)展基礎(chǔ)
付甜甜介紹說,世界上第一輛可使用的氫燃料電池汽車是由通用汽車公司于1968 年制造的,該汽車以廂式貨車為基礎(chǔ),裝載了最大功率為150千瓦的燃料電池組,續(xù)航里程為200公里。20世紀(jì)90年代,燃料電池電動汽車技術(shù)受到了空前重視,世界主要汽車廠商投入了大量的人力和物力研發(fā)燃料電池電動汽車。新世紀(jì)伊始,通用汽車公司接連推出了“氫動3號”和“Sequel”兩款經(jīng)典氫燃料電池汽車。2015年,日本豐田汽車公司正式發(fā)布了其量產(chǎn)版氫燃料電池車“未來”,相當(dāng)于2.0發(fā)動機轎車水平,續(xù)行達到500公里。
中國對發(fā)展氫燃料電池汽車也高度重視并取得了突出成就。早在1999年,清華大學(xué)就生產(chǎn)出了我國第一輛氫燃料電池觀光車。2001年,上汽集團攜手通用汽車公司合資的泛亞技術(shù)中心研制出“鳳凰”氫燃料電池電池汽車。“十五”期間,“863”重大專項中就明確指出要支持氫燃料電池汽車的研發(fā),并給予項目資金支持。“十一五”和“十二五”期間,氫燃料電池被列為節(jié)能與新能源汽車重大項目的重點項目。2008年北京奧運會上和2010年上海世博會上,有一批燃料電池汽車示范運行。據(jù)統(tǒng)計,到目前為止,我國共研發(fā)試制出200多輛燃料電池汽車在各個時間段進行示范運行,其中包括燃料電池客車、專用車及卡車、轎車。
加大協(xié)同創(chuàng)新
奔向10萬目標(biāo)
日常生活中,我們見到大街上跑的新能源汽車更多的是電動汽車,它們以各種新銳的造型吸引了我們的目光,而油電混合動力車在外觀上雖然看起來與傳統(tǒng)汽車無異,但它們經(jīng)常以不斷刷新的省油紀(jì)錄進入新聞報道,為我們所熟知。燃料電池汽車與純電動汽車、混合動力汽車相比,知名度的確有待提高,其現(xiàn)實發(fā)展水平也與中國新能源汽車“三分天下有其一”的總體布局不相適應(yīng)。
在汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室主任歐陽明高看來,造成氫燃料汽車發(fā)展相對較慢的根本原因在于核心技術(shù)沒有實現(xiàn)突破。他指出,氫燃料電池技術(shù)中最核心、最基礎(chǔ)的技術(shù)是膜電極,其重要性相當(dāng)于電腦和手機的芯片,而國產(chǎn)膜電極在耐久性和性能上還有待提升。目前國產(chǎn)膜電極的壽命最高能達到8000小時,而國際上最好的水平是1萬小時以上,這直接決定了氫燃料電池的壽命。同濟大學(xué)汽車學(xué)院副研究員鄭俊生指出,電池價格高企是制約氫燃料汽車發(fā)展的瓶頸之一。他解釋說,氫燃料電池的催化劑是鉑金類金屬,其價格高昂,雖然經(jīng)過技術(shù)進步,大幅減少了使用量,但仍然制約了氫燃料電池的成本大幅下降。此外,由于氫氣的貯藏與運輸面臨特殊困難,加氫站作為氫燃料電池汽車重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本較高,限制了其推廣。
市場和技術(shù)的自然發(fā)育成長需要長期的過程。要較快破解上述發(fā)展難題,贏得發(fā)展先機,就必須在充分尊重市場規(guī)律的前提下,發(fā)揮政府這只“看得見的手”作用,給予燃料電池汽車特殊的鼓勵政策。為促進加氫站建設(shè),2014年底,財政部、科技部等4部委發(fā)布通知,對符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且日加氫能力不少于200公斤的新建燃料電池汽車加氫站,中央財政給予每站獎勵400萬元。此后不到半年,4部委再次聯(lián)合發(fā)布通知,提出2017-2020年間,在對其他新能源汽車的補助標(biāo)準(zhǔn)實行必要的“退坡”背景下,中央財政對燃料電池汽車補助保持不變。
為了整合產(chǎn)學(xué)研力量,攻克氫燃料電池核心技術(shù),在有關(guān)部門大力支持下,2014年1月,同濟大學(xué)、清華大學(xué)等科研機構(gòu)與一汽、東風(fēng)、上汽等企業(yè)成立了中國燃料電池汽車技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟,加強協(xié)同創(chuàng)新力度。
根據(jù)2017年4月發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》,2020—2030年,中國燃料電池汽車將迎來三大時間節(jié)點:2020年,在特定地區(qū)的公共服務(wù)車輛領(lǐng)域進行小規(guī)模示范應(yīng)用;2025年,私人用車和公共服務(wù)用車領(lǐng)域批量應(yīng)用,不低于1萬輛;2030年,在私人乘用車、大型商用車領(lǐng)域進行規(guī)模化推廣,不低于10萬輛。可以預(yù)見,中國氫燃料電池汽車正駛?cè)氚l(fā)展快車道。
