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衣宝廉院士回应行业争议话题的三个重要观点

作者:中国储能网新闻中心 来源:《科学大师》 发布时间:2021-07-26 浏览:
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衣宝廉,是中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员,并先后担任过全国燃料电池与液流电池标准委员会主任委员、国家863电动汽车重大专项专家组成员和燃料电池发动机责任专家等职务。历时50年,坚守在燃料电池科研一线,成为中国现代燃料电池研究、应用及产业化的主要奠基人之一。近期,衣宝廉针对行业热点及争议话题接受了媒体访问,表达三个重要观点如下:

观点一:燃料电池轿车进入寻常百姓家,是能实现的

提问:有消息称,本田宣布计划将于年内停止生产氢燃料电池车CLARITY FUEL CELL,更专注电动车生产,有评论看衰燃料车,认为日本押错宝,作为氢燃料电池界的权威专家,您有何看法?

衣宝廉:现在燃料电池车没有政府补贴,企业是赔钱的。中国因为地方政府或特殊企业买单,燃料电池车还有市场,所以丰田、现代、巴拉德等均进入中国。

本田燃料电池车技术几经变动,并没有大量进入市场,它的技术还需创新和降低成本。因此它在停产同时,还和美国通用在发展燃料电池车技术。

汽车在转型,电动化时代,什么事均可能发生,正像有人不停报道锂离子电动车燃烧爆炸一样。

本田宣布停产燃料电池车,不过是燃料电池车发展过程中的插曲,不会影响坚定发展燃料电池车人的初心与信念。

提问:目前消费者开的电动汽车,像特斯拉、蔚来、理想等等,用的都是锂电池,那氢燃料电池车,您觉得什么时候能走入寻常百姓家?要想实现大规模商用,您觉得需要克服什么问题?

衣宝廉:氢燃料电池的比能量高,可达到0.5—1.0Kwh/kg,是锂离子电池的2-3倍,所以它特别适合长距离运行的重载车。目前通过示范运行,已经证明燃料电池汽车运行的舒适性,运行里程和加氢时间等都可以和燃油汽车媲美。

但燃料电池汽车普及还受两个条件限制:加氢站的数量和密度、整车的售价,加氢站数量不够,布局不合理,就会影响到氢的储运和加注,继而影响燃料电池汽车的行驶里程;整车价格如果居高,普通消费者也很难有消费承受力。

我认为,要实现关键材料与部件批量生产,初步降低燃料电池发动机的成本,应该先商业化对加氢站依赖度低的商用车,特别是重卡车。

进一步依靠科技创新,简化电堆材料和系统部件,进一步降低发动机成本和对氢气纯度的要求,降低燃料氢成本,延长发动机寿命,结合加氢站进一步普及氢能发展,燃料电池也可以进军乘用车市场。

时间上,我认为最早也要到2030-2035年燃料电池轿车可能进入寻常百姓家。

观点二:氢能汽车大规模商用,须先解决三高

提问:关于车用氢能的经济性,现在的成本高成什么样,主要是什么原因?

衣宝廉:科技部2001年成立电动汽车总体专家组,负责电动汽车重大专项。时任总体专家组组长是万钢(现为全国政协副主席、中国科协主席),我是专家组的成员。现在的新能源汽车“三纵三横”发展战略,就是当时总体专家组提出来的。

我国从20世纪末就发展燃料电池汽车,但发展速度比基础好的锂离子电池车慢得多。由于燃料电池基础弱,电堆功率低,万钢等提出电——电混合的技术路线,即燃料电池与锂离子或超级电容器电电混合,不但延长燃料电池寿命,还大幅度提高了燃料电池车性能,这种技术路线现在已为全世界的燃料电池车采用。

但一直到“十三五”开始,我们国家还存在关键材料与部件需要高价从国外进口的现实,这导致燃料电池发动机成本居高不下,每千瓦电堆售价近万元,发动机售价翻倍。

我们说燃料电池车现在存在三高:一是燃料电池发动机贵,导致车贵,是燃油车2-3倍,锂离子电池车1.5-2倍。二是燃料氢贵,一般售价是每公斤60元左右。三是加氢站建设费用高,每座达到1000-1500万元。

所以尽管燃料电池车之前在北京奥运会、上海世博会很好地完成了示范任务,但产业化的路很难走通。

也是因为这个原因,国家五部委才会联合出台燃料电池城市群示范计划。

在双碳目标的指引下,国内24个省、市发布十四五氢能与燃料电池车发展规划。世界各国燃料电池车和知名制造商如加拿大巴拉德、日本丰田、韩国现代、德国博世等都以合资或独资形式进入中国。因此,我国在四年内解决关键材料与部件的卡脖子技术和实现批量生产没有问题。比如在本世纪初买一台燃料电池车的空压机要进口,20多万元,还不好买到。现在国内已有近十家企业有产品,售价低于四万元。

我们既要忙于产业化发展,也要有持续降低成本的研发力量,同时还要有对核心关键技术进行攻关的能力,因为解决卡脖子技术并不意味着你就达到了国际先进水平。比如质子交换膜,我们有15微米的膜,美国戈尔公司已有8微米的复合膜,想装高性能的电堆,企业还得买戈尔的膜。因此我们不但要解决卡脖子技术,还要达到世界先进水平。

观点三:氢能汽车和锂电汽车不会相互取代

提问:在燃料电池和锂电池两者之间,会是什么样的竞争趋势?锂电池技术本身还能有发展空间么?锂电池车会被燃料电池车取代么?

衣宝廉:在本世纪初科技部支持研发电动汽车,成立重大专项,总体专家组制定技术路线,提出纯电、混合动力和燃料电池多元并重发展。但因为锂离子电池技术与批量生产均有较好基础,锂离子电池车就得到了快速发展。

经过示范,持续创新,锂离子电池车不但实现产业化,销量达百万量级,而且引领世界电动车进程,在中国还涌现出宁德时代、比亚迪等国际知名的电池生产企业。

但锂离子电池车还有续航里程短、充电时间长、燃烧爆炸等问题。现在在发展的换电站技术,可以解决充电时间长、里程焦虑等问题,但做到换电站普适性,还需要较长时间。解决燃烧爆炸问题,要寄希望于固态电池,这可能需要更长时间。但比亚迪的刀片电池、广汽的弹匣电池等技术,有望解决这一问题,我们还是等待大规模行车实验的结果吧。

如果后面用四年时间能解决卡脖子技术和关键材料与部件的批量生产,大幅度降低成本,到2025-2030年,燃料电池车可能在售价上接近锂离子电池车,在商用车方面能显示出优越性。

还必须创新,比如要靠创新简化电池系统和电堆结构,如去掉增湿器和扩散层,提高电池工作温度到150-200度,消除两相流,改进流体分配,提高电堆工作电流密度和比功率等。

现在看来燃料电池车和锂电池车大家都在进步,而不是谁消灭谁。未来锂电池车可能在乘用车、短程车上占优势;燃料电池车在长程、重载的商用车会占优势吧,燃料电池的比能量高,可达0.5—1.0Kw/kg,所以它特别适于重载长途车,燃料电池重卡现在是世界研发销售的热点。二者可以通过竞争相互促进,共同为碳中和贡献力量。

提问:有专家说,氢的“四个最”是靠研发无法改变的:体积能量密度最低的物质、最小的分子、最易泄漏、最宽爆炸范围,它的应用面临的不光是运输和储存难题,还有安全性,您怎么看?

衣宝廉:物质本性是不能改变的,但我们可以通过技术进步,找出合适的应对方法。

一方面,氢的体积能量密度最低,但它的质量能量密度高于石油和天然气几倍。人们可以将氢气加压储存在压力容器中,现在四型储氢瓶的储氢已达到6%左右,可以满足汽车应用。对重卡因为运行里程长,燃料电池功率大,最好采用液氢。

另一方面,对于安全问题,氢不但分子小易渗漏,还具有氢脆特性,因此要研发抗氢脆的材料,制备输氢管道和研发抗氢脆的涂料,改造天然气管网,用于掺氢运输。

对于安全问题,要利用氢的另外两个特性:扩散速度快、易检测。在可能有氢泄漏的地点,均安装氢气传感器,当氢浓度达到千分之五时,自动启动轴流风机,将氢气排除,确保安全。至今全世界有三万多辆燃料电池车在运行,还没有一辆车发生燃烧和爆炸事故。

燃料氢气储存在高压氢瓶内,只要发现燃料电池有故障,关上氢源,燃料电池不会发生燃烧和爆炸。

关键字:氢能

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