發(fā)達(dá)國家已經(jīng)加速了氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的道路，世界知名汽車公司著手合作進(jìn)行燃料汽車研發(fā)；歐盟各國也紛紛啟動了燃料電池巴士項(xiàng)目；能源供應(yīng)商也加快了加氫站的建設(shè)。然而燃料電池能否真正替代鋰電池，成為新動力的領(lǐng)跑者？燃料電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的道路到底有多遠(yuǎn)？國家如何促進(jìn)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展？本文對這些題進(jìn)行了探索和思考。

一、為什么要關(guān)注燃料電池

續(xù)航里程有限和價格高昂是制約電動汽車商業(yè)化發(fā)展的最大瓶頸，這二者都與電動汽車的核心部件電池緊密相關(guān)。作為一種新的技術(shù)產(chǎn)品，燃料電池以其節(jié)能、高效、無污染等優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)對全球能源短缺和環(huán)境污染的重要選擇之一。

1.諸多優(yōu)勢集于一身

燃料電池是繼水力、火力、核能之后的第4代發(fā)電裝置，具有安全、高效、無污染、適用廣、無噪聲等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界能源領(lǐng)域的開發(fā)熱點(diǎn)。氫燃料電池，作為發(fā)展最好的燃料電池，具備諸多優(yōu)勢：

轉(zhuǎn)換效率高，性能優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)。氫燃料電池汽車的發(fā)動機(jī)綜合效率是內(nèi)燃機(jī)汽車的5～6倍。由于其能量轉(zhuǎn)換效率高，也能更適應(yīng)汽車加速和爬坡時的動力需求。另外，據(jù)資料顯示，氫燃料電池車充電時間小于8min，單次行駛里程可以達(dá)到500～600km，是鋰電池車的3～5倍。

環(huán)境親和性，基本實(shí)現(xiàn)零排放。氫燃料電池的反應(yīng)過程都是無污染的水反應(yīng)，反應(yīng)過程不產(chǎn)生污染物，同時以易于獲得的氫氣為燃料，廢氣中也不存在污染物，是真正意義上的“清潔能源”。

結(jié)構(gòu)簡單化，供電可靠度高。燃料電池發(fā)動機(jī)大多數(shù)為板狀和管件，結(jié)構(gòu)件構(gòu)造簡單。同時，電池主要由多個單體燃料電池串聯(lián)組成，結(jié)構(gòu)靈活多變，模塊化的設(shè)置使得供電系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性。

2.技術(shù)突破超出原有預(yù)期

近年來，燃料電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較大突破。制約燃料電池汽車技術(shù)實(shí)用化的3大難題：耐久性、低溫工作和低成本化，目前已解決前2個。從技術(shù)角度看，燃料電池已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化的能力。具體來看：

耐久性問題已經(jīng)解決。質(zhì)子交換膜燃料電池最高壽命可達(dá)60 000h，小汽車應(yīng)用壽命達(dá)到5 000h，大巴車已經(jīng)完成12 000h驗(yàn)證，滿足10年使用壽命的設(shè)計。

低溫工作已經(jīng)解決。針對各種環(huán)境的測試驗(yàn)證得出，目前豐田的燃料電池可以實(shí)現(xiàn)零下30℃的測試。

配套材料逐步升級。目前已進(jìn)一步減少燃料電池中成本影響最大的催化劑用量；將雙極板板材升級到超薄超輕不銹鋼板；解決了加氫、儲氫裝置安全性問題；并掌握了燃料電池所需高純度氫氣提純技術(shù)。

3.外部環(huán)境變化帶來機(jī)遇

燃料電池汽車市場規(guī)模有望爆發(fā)。2012年，全球燃料電池系統(tǒng)出貨量約為3萬臺，同比增長約34%。隨著汽車廠商合作加速推廣燃料電池汽車，使其有望在2015-2017年后出現(xiàn)爆發(fā)，日韓將成為燃料電池商業(yè)化的先驅(qū)地區(qū)。預(yù)計到2025年，全球燃料電池汽車銷量將達(dá)到180萬輛，市場規(guī)模將達(dá)到3 329億元。

二、燃料電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的影響因素

制約燃料電池商業(yè)化發(fā)展的最大瓶頸是什么？燃料電池能否真正替代鋰電池，成為新動力的領(lǐng)跑者？燃料電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的道路到底有多遠(yuǎn)？這些問題值得深思。

1.成本障礙

高成本是制約燃料電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。燃料電池成本中占比最高的是燃料電池組，其次是氫燃料罐和電池配件。如果未來要實(shí)現(xiàn)燃料電池商業(yè)化，并與內(nèi)燃機(jī)汽車進(jìn)行競爭，那么燃料電池組的成本必須下降，其中主要涉及3個關(guān)鍵部件的成本，包括：鉑催化劑、電解質(zhì)膜、雙極板、氫燃料罐和電池配件。

鉑催化劑。現(xiàn)在的燃料電池組都使用金屬鉑作為催化劑，在未來10年內(nèi)很可能依舊如此。電極載鉑量過高一直是阻礙燃料電池發(fā)展的重要因素。鉑金具有稀缺性，而鉑金行業(yè)利潤較低、產(chǎn)量不穩(wěn)定。在這些不利因素的影響下，鉑金的價格未來不會降低。為了降低成本，需進(jìn)一步降低鉑催化劑的使用量，并尋求廉價的替代催化劑。

電解質(zhì)膜?，F(xiàn)在汽車應(yīng)用中最常見的質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜（PFSAs），這種交換膜具有較強(qiáng)的氧化和還原穩(wěn)定性。全氟磺酸聚合物通常被稱作納菲薄膜。目前燃料電池所用的納菲薄膜主要依靠進(jìn)口，其價格在600美元/m2左右。因此，為盡早實(shí)現(xiàn)燃料電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，降低質(zhì)子交換膜的價格迫在眉睫。

雙極板。目前質(zhì)子交換膜燃料電池最常使用的雙極板是不透性石墨材料。主要是由于在燃料電池環(huán)境下，石墨的耐腐蝕性能最好，但是其制作成本較高：制造石墨雙極板需經(jīng)過2 500℃以上的石墨化，并需經(jīng)過多次浸漬、炭化處理以達(dá)到不透性。而且由塊狀石墨加工成雙極板，需采用精密的機(jī)械加工，加工成本也過高、加工時間長、不易批量生產(chǎn)。因此，需進(jìn)一步改善替代金屬雙極板的性能，實(shí)現(xiàn)制備精度高、成本低、壽命長等需求。

氫燃料罐和電池配件。氫燃料罐的成本較高，從成本和小型輕量化的角度來看，需開發(fā)組合使用輕量低成本氫儲藏材料和高壓氫燃料罐。而電池配件方面，也可與純電動汽車和混合動力汽車共同使用其他零部件，從而削減高昂成本。