燃料电池在新能源汽车上的应用

2014年6月7日，第八届中国新能源国际高峰论坛在京召开，400余名来自国家部委、国际组织、跨国公司、高校院所和企业的代表参会，共话“生态文明与新能源革命”背景下的全球新能源发展。在8日举行的储能与新能源汽车专业论坛上，上海交大教授、国家全氟离子膜科研带头人张永明发表演讲，北极星电力网整理现场内容如下：

张永明：各位女士各位先生，我是上海交大的老师，我们做燃料电池其中的关键材料，前面是新能源汽车，有一个偏向，一说新能源汽车就是锂电池车，这只是一个方面，实际上还有另外一大块，因为近十年这个工作国内做得少，生意也比较小，但是在国外这个生意是很大的，做的工作非常深入非常全面。下面我简单介绍一下，一些数据也都是网上还有其他的数据，不一定准确，大家可以参考。

雾霾的问题，雾霾对我们来说最主要是城市里面的雾霾，城市雾霾和汽车尾气是直接相关的，汽车尾气怎么解决，我们说了，电动车是一个方向，或者说是唯一的一个方向。能源的问题，这么多的问题，石油消耗这么多，干嘛了，大家可以看到，60%被汽车烧掉了。风能、太阳能也有问题，怎么利用的问题，现在利用率比较低，是不是有其他方式，储能用什么方式储能。通过储能的另外一种方式，可以变成氢能，可以输送到天然气管道里面来分配再利用。

下面介绍一下燃料电池新能源汽车，新能源汽车大家看有各种各样的新能源汽车，我们听得比较多的是纯电动车，实际上燃料电池汽车也是纯电动车，燃料电池和锂电池是不一样的，他是一个发动机概念，和我们现在燃油内燃机原理是一样的，锂电池是存在上面的，燃料电池就是一个发动机，所以这两个的区别我们要分清楚。

这个是燃料电池汽车的情况，这是奔驰公司的汽车，下面是动力系统，这里面最主要的就是一个电堆，这个电堆里面核心的材料就是一个膜加上催化剂，堆在一起就形成这个电堆，这个外壳，一辆车的电堆和一台电脑的主机差不多大，就是一个发动机的概念。

燃料电池我们现在最主要说的就是氢-空气这样的燃料电池，能量转化率非常高，功率范围比较大，可以很小也可以很大。现在大功率的用在汽车上是非常方便的，再一个是没有污染，因为作用完了产生的唯一产物就是水。不依赖化石能源，安全性高。

下面有一些有关的图片，加氢站和现在加油站是非常类似的，拿出枪一插，三分钟五分钟加完跑三百到六百公里，现在开上这个车和你开汽车没有什么区别，你会开这个车，完全一样，也是踩油门，用力大就跑得快，动力非常足。关于安全性，这有一个实验，一个燃料电池车和汽油车，如果发生事情以后，第一张图片是燃烧，因为氢气非常轻，火焰柱往上烧，汽油车就爆炸了。这个是锂电池汽车着火。

燃料电池汽车是替代内燃机车的必然选择，很多人这样认为，但是很多人没有认识到这个问题，这个问题大家还有很多的争议，我们现在看国外的汽车生产厂家，奔驰、福特、丰田、宝马、通用，现在所有的大公司都在做这个事情，投入的钱要远比其他车多的多。大家知道日产前几年全球发布一个纯电动车，现在这个车情况按日产说，他们现在要把主要的精力从那个车转到燃料电池汽车上，这是一个方向。尼桑没有特斯拉做得好，虽然他在这上面投了精力，但是没有做得太好。实际上燃料电池汽车和锂电池汽车，两个是一种互补的，我在不同的领域在用，从动力来讲，燃料电池车动力还是非常强劲的，你要多大就有多大，他不受限制。现在这些汽车厂家目标都定在2015年到2017年，实际上应该到2019年，也就是在2020年以前，这些厂家都要形成自己的大规模生产线，不是说做概念车跑一跑，目标都定在5万美金以下一辆车。有这么几个大的集团，一个是日产、戴姆勒和福特，接着是丰田和宝马，还有本田和通用，现在是这些公司自己在做，因为是新的一种模式，靠一家是做不来的，所以大家结合起来共同做，这个市场开了以后，接下来是各自提高的问题。这是戴姆勒的路线图，现在他在做第四代，2015到2017的第四代。

这是燃料电池汽车的一些数据，燃料电池的动力80KW再加上20KW的锂电池，这是B-Class的一个数据，100公里的油耗，用氢气1公斤，1公斤氢气提供100KW的动力，就是我们1.8排量的帕萨特，这样的动力跑100公里，1公斤氢气，按美国DOE的数据，1公斤氢气是2到4美金。1.8排量这样一个能耗是非常低的，现在是完全能够承受，为什么现在推动部分出来，还没有推起来，需要大量的基础设施，加氢站的建设。生产氢气是没有问题的，关键主要是基础设施没有做到。这是丰田的一个商业化路线，丰田也是要做，他的混合动力做得很好了，如果纯电的他原来也考虑了，这是他们高层来说的一些话，对长距离的，从一个城市到另外一个城市，燃料电池是可以的，如果用我们其他的，距离就受一定限制。这是韩国的路线图，这是现代，现代这个车公布的数据和奔驰那个车是差不多的，他充一次氢气要跑594公里。这是本田日产他们的一些规划，基本上都是在2017年左右，现在是2015年，明年就要建成生产线，当然生产线可能比较小，产量低一点，其他的都是照着一开始要做十万辆的规模做。这是福特的，福特是2017年要准备量产。他现在动力系统是和戴姆勒共用的，2017年以后是什么情况，那是各家可能要有各自的特色了。这是上汽集团，我们非常希望我们中国也能做，上汽集团开始做这个事情了。

燃料电池要进行普及，必须解决加氢站网络的问题，我们国家现在这方面做得还是差距比较大。

燃料电池还有很多用途，潜艇，把潜艇用其他动力开到埋伏地点，燃料电池开始运行。还有无人机的动力，用燃料电池是非常适合的。

我们国家燃料电池研究在2005年以前是非常热的，2005年以后由于美国能源部宣布要放慢燃料电池发展的步伐，加快锂电池的发展，所以这十年步伐放慢了，造成很多不如意的地方。国外现在是进入成熟化的这样一个工业化阶段，国内处于研究阶段。

锂电池车不多说了，这是锂电池各种车的重量和续航里程的关系。氢能还是有巨大产业的，将来进入氢能时代以后，中石油中石化现在赚的钱要转移到氢气上了。

国外都在加快建设加氢站的规划，这是对我们国家的建议，我们希望真正的从全方位抓起，就像日本一样，2000年我们去日本的时候，日本就开始全面做了。

下面简单介绍一下我们的一些工作，我们最主要做一个膜，用戴姆勒公司的话说，这是高风险的组件，对这个组件的要求非常高，我们现在的情况还是比较满意的，国外的产业巨头对我们也非常青睐，奔驰公司、福特公司跟我们签署了战略合作。这是我们一个膜的样品。这个核心组件我们这边也倾注了很多精力，我们工作是从2007年开始的，经历了一个阶段的工作，现在和戴姆勒形成了非常好的合作。我们希望中国在这样一个关键的组件方面能够发挥应有的作用。这是我们做的一些过程，这是我们做这个膜，这个膜要有一种核心的材料，这是我们核心材料，由这个材料进行组合加工才能做出来。这是我们的膜在汽车里面的表现，可以看到非常好，他们认为希望达到的目标，我们在这里都能达到。汽车在爬坡的时候，加速的时候，电池需要性能，我们这个膜表现得非常好。另外因为汽车在热的时候，加速很热，这时候膜就干，这时候造成电阻就会升高，也就是说膜对湿度的灵敏度要求比较高。这是我们的第一代试验线，这是现在我们在建的一个新的满足生产线所需要的膜的一个车间，也是一个试验线。