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汽势Auto-First|张宪

2008年北京奥运会，六辆氢燃料电池汽车为马拉松运动员开道领跑。充满未来科技感、清洁无污染的大巴车，成为当时一道流动的风景线。电动汽车专家、清华大学教授陈全世，主持在距离天安门五十公里外的北清路建设了北京第一座标准化加氢站，为这六辆车提供加氢服务。

12年过去了，氢燃料电池汽车技术现状如何？何时能够真正产业化？目前还有哪些发展瓶颈？针对这些问题，近日，汽势Auto-First对陈全世教授进行了专访。

陈教授介绍，目前燃料电池距离大规模产业化还有较长的路要走，按照中国氢燃料电池汽车鼻祖，中科院大连化学物理研究所衣宝廉院士的说法，“氢燃料电池的现状表面上是制造和使用成本过高的问题，实际上根本的原因是技术上还需要进一步突破”。

氢燃料电池堆，基本的原理是，氢气在铂金催化剂作用下分解成氢离子和电子，氢离子穿过质子交换膜到达阴极，与阴极侧已经被催化成的氧原子放生反应生成水，而电子从外电路流到阴极，形成电流。多个电池堆串联在一起，通过湿度、压力、热平衡等管理系统做出燃料电池，为汽车提供电力驱动。

陈教授表示，当时北京奥运会期间运行的6辆大巴车，3辆是奔驰的，另外3辆是国产的，国产的电池堆主要采用的是大连化物所的，当时运行寿命是700小时，此前，本田公司公布其研制的电池，实验室条件下运行寿命可达5000小时。目前国内科研院所电池堆的运行寿命都没有公布，但突破不大。目前国内虽然也能生产电池堆，但一致性较差，应用时常常要从国外进口完整的燃料电池及系统，或者从国外进口膜电极，在国内匹配湿度、压力和热平衡等系统，国产的氢燃料电池在匹配到汽车上时，常常需要进口电池做备份。

氢分子要分解成氢离子的三板斧是高温、高压或强催化剂，在汽车上使用高温、高压显然不现实，目前只能采用强催化剂，而且是铂金是目前效果最好的，但价格昂贵。据了解，世界上每年铂金的产量在400吨左右，其中70%用来做首饰，另外30%主要提供给高精尖端的工业使用，在汽车上如果用铂金做催化剂大范围产业化显然不现实。

陈教授介绍，目前每千瓦时的电堆要使用0.3-0.5克的铂金，国内大多研究机构在这个水平范围，日本做得好些，他们可以把铂金研磨得很细，涂在碳板上也很均匀，每千瓦时目前只用0.25克铂金。1千瓦时的电堆单体价格为1万元，匹配成能发电的燃料电池，1千瓦时的电堆价格为2万元，一台汽车匹配30-50度的电池，成本要达到60-100万元。

除了铂金作为催化剂价格昂贵外，质子交换膜的材料使用也需要科技攻关。陈教授介绍，目前质子交换膜是采用碳板、金属板还是碳板附着于金属板的技术问题还没有根本解决，碳板刚度不够，金属不耐腐蚀，如果金属板作为基底，碳板附着在上边，但金属板的膨胀系数大于碳板，几次受热后二者就分家了，目前质子交换膜材料技术还有待大踏步的改进。

陈教授介绍，电池堆阳极加进的氢气需要较高的纯度，至少要达到99.99%，甚至99.999%，纯度低的氢气会导致催化剂中毒，进而失效。目前99%纯度的氢气大约1元钱1立方米，99.9%的要5元每立方，当达到99.99%纯度的氢气价格就飙升到了11元每立方。此前曾有日本媒体测算过，氢燃料电池汽车的加氢成本和汽油车相当，甚至还有些优势，但氢气的纯度显然不能有丝毫马虎。

据了解，目前我国大约有60个加氢站，主要分布在北京、大连、张家口，以及长三角、珠三角一些经济较发达的城市。据陈教授介绍，加氢站管道、储氢罐、加氢枪等设备器件，目前国内主要以进口的方式解决。

此前在江苏如皋建的加氢站大约投资了1.2亿元，由于相关设备没有实现产业化，企业不愿意生产没有市场的设备，国内相关材料和技术也没有实现突破。比如，输氢管道就需要有特殊的技术，由于在较大压力下，氢分子会钻入金属中，金属材料会发生改变，出现氢脆，进而产生裂缝泄氢。除此之外，高压加氢也需要专门的人才，陈教授介绍，奥运会期间，北清路加氢站借用的是航空航天相关人员，普通加氢工需要经过特殊的培训才可上岗，由于氢气分子的特性,在制备、转运、储存等方面，操作不慎都容易出现问题。特别是氢罐的压力要达到70-90Mpa，一旦发生爆炸，方圆几百米会一片狼藉。

此前，2019年5月韩国江原道氢燃料储存罐爆炸。2019年6月美国加州圣塔克拉拉储氢罐泄露爆炸。2019年6月10日，挪威奥斯陆地铁站附近加氢站发生爆炸。

氢燃料电池汽车发展，离不开加氢设施的建设，和氢燃料电池堆一样，加氢站相关设施及操作同样需要技术突破，特别是加氢站建设上需要审慎推进。

近日，财政部、工信部、科技部、发改委、国家能源局五部委联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，针对产业发展现状，五部门将对燃料电池汽车的购置补贴政策，调整为燃料电池汽车示范应用支持政策，对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励，形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模式。

陈教授解读该政策一定程度上是给氢燃料电池汽车产业化推进降温，目前氢燃料电池汽车还没真正到产业发展阶段，不具备经济和科研条件的城市仓促上马，并不能起到很好的预期效果。陈教授表示，目前一些地区上马的氢燃料产业园，是名不副实的，如果仅仅是从国外买来设备、材料，没有在关键技术上有所投入、有所突破，做出10辆车还是1000辆车推广都是一样的。

早在2014年丰田的氢燃料电池汽车Marai 就已上市，到2019年6月底，全球销售还不到9000辆。据了解，10年的时间，丰田汽车在燃料电池领域已经投资1.5万亿人民币，获得了1.6万个专利。今年北京车展第二代丰田Marai 概念车亮相，据了解，新车将搭载全新的氢燃料电池系统，续航里程提升了30%，达到650公里。陈教授介绍，目前该车电池堆催化剂和质子交换膜技术也还没有本质突破，此外加氢难加氢贵问题也都没有根本解决，距离大规模推广应用同样还有较长的路要走。（图片来自网络）