中國燃料電池究竟發(fā)展到哪一步了？

近日,氫燃料電池再次受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。1月10日,國家能源投資集團(tuán)有限公司董事、總經(jīng)理,中國工程院院士凌文在北京表示,建議國家組織相關(guān)部委研究將氫能納入國家能源體系,推動(dòng)氫能成為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分,制定氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略及實(shí)施路線圖,建立科學(xué)長效的產(chǎn)業(yè)發(fā)展扶持與激勵(lì)政策。1月12日下午,全國政協(xié)副主席、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主席萬鋼在中國電動(dòng)汽車百人會(huì)(2019)論壇中表示:“發(fā)達(dá)國家把氫作為能源管理,創(chuàng)制了科學(xué)安全的氫加注站建設(shè)和車載氫罐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測體系,有力推動(dòng)了燃料電池汽車商業(yè)化。建議借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)試點(diǎn)成果,抓緊研究修訂氫能、加氫站和儲(chǔ)氫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),提升檢測能力,盡快破除標(biāo)準(zhǔn)檢測障礙和市場準(zhǔn)入壁壘,加強(qiáng)和完善氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和供銷體系建設(shè)?！?/p>

而在此前,中國汽車工程學(xué)會(huì)理事長付于武表示,國家能源戰(zhàn)略很明確,多元化仍然是我國能源戰(zhàn)略的戰(zhàn)略基點(diǎn),如果大家認(rèn)為新能源就是電動(dòng)化,那么這個(gè)描述或者引導(dǎo)方向是不完整的。

燃料電池技術(shù)發(fā)展進(jìn)程

2018年2月11日,由國家能源集團(tuán)牽頭的中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟在北京正式成立。政策扶持下,國內(nèi)氫燃料電池市場開始活躍,國內(nèi)自主品牌以及部分新興造車勢力開始研發(fā)氫燃料電池汽車。1月17日,在北京召開的中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟2018年度會(huì)議上,中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟燃料電池分會(huì)理事長單位上海重塑科技分享了當(dāng)前中國氫燃料電池的發(fā)展情況。

燃料電池系統(tǒng)核心零部件主要有電堆、空壓機(jī)、DC/DC、氫 氣循環(huán)泵、增濕器等,下表介紹了目前國內(nèi)外燃料電池核心零部件中,電堆與空壓機(jī)的技術(shù)發(fā)展情況。

資料來源:上海重塑能源科技有限公司

燃料電池汽車發(fā)展規(guī)模:中國氫燃料電池車保有量到2030年將達(dá)100萬輛

2018年9月1日召開的第14屆中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展泰達(dá)國際論壇上,中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高就明確預(yù)估了中國燃料汽車的發(fā)展規(guī)模,同時(shí)會(huì)上公布了中國氫燃料電池汽車近中遠(yuǎn)期戰(zhàn)略目標(biāo)計(jì)劃。

目前在中國氫燃料電池產(chǎn)品已通過商業(yè)化運(yùn)營驗(yàn)證,可靠性得以證實(shí)。佛山、上海、張家口、鄭州率先實(shí)現(xiàn)氫燃料電池公交常態(tài)化多線路運(yùn)營;佛山于2018年底,新投入70輛公交,于2019年初,計(jì)劃新投入70輛公交;張家口于2018年底,啟動(dòng)商業(yè)化示范運(yùn)營。

同時(shí),目前在中國上海、廣東、山東、湖北等多地政府均出臺(tái)了相關(guān)規(guī)劃。

上海:2020年建設(shè)加氫站5-10座,乘用車示范區(qū)2個(gè),運(yùn)行規(guī)模達(dá)到3000輛;到2025年建成加氫站50座,乘用車不少于2萬輛、其他特種車輛不少于1萬輛。

山東:《山東省氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖》(建議稿)提出,到2020年,燃料電池汽車數(shù)量達(dá)到2000輛,加氫站達(dá)20座;到2025年,燃料電池汽車數(shù)量達(dá)到5萬輛,加氫站達(dá)200座;到2030年,燃料電池汽車數(shù)量達(dá)到10萬輛,加氫站達(dá)500座。

蘇州:到2020年,建成加氫站近10座,燃料電池汽車運(yùn)行規(guī)模力爭達(dá)到800輛;到2025年,建成加氫站近40座,燃料電池車運(yùn)行規(guī)模力爭達(dá)到1000輛。

武漢:2018-2020年,建設(shè)5-20座加氫站,燃料電池公交車、通勤車、物流車等示范運(yùn)行規(guī)模達(dá)到2000-3000輛。到2025年,建成加氫站30-100座,實(shí)現(xiàn)乘用車、公交、物流車及其他特種車輛總計(jì)1-3萬輛的運(yùn)行體量。

燃料電池發(fā)展的瓶頸

下表為氫燃料電池汽車代表豐田Mirai和動(dòng)力鋰電池汽車代表特斯拉的性能對比。

相比于鋰離子電池,氫燃料電池的電池重量、續(xù)航里程、充電時(shí)長等都具有明顯優(yōu)勢。但同時(shí),目前氫燃料電池仍在發(fā)展的初期,許多問題亟需解決,技術(shù)難度大、成本高、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)大、加氫站基礎(chǔ)設(shè)施的不完善等問題都是制約氫燃料電池大規(guī)模推廣的重要影響因素。

目前中國燃料電池產(chǎn)業(yè)主要依靠政府補(bǔ)貼,同時(shí)大部分核心零部件需要依賴進(jìn)口(如上文表格中介紹的電堆等),部分零部件實(shí)現(xiàn)自主批產(chǎn)在2020年后。

同時(shí),氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素,制造成儲(chǔ)存能量的電池。氫分子又小又活潑。它透過質(zhì)子膜時(shí),電子被從分子上剝離,只留下帶正電的氫質(zhì)子通過,氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。質(zhì)子交換膜就是這一過程中最核心的技術(shù)。然而,質(zhì)子交換膜中又以鉑金(Pt)為催化劑,Mirai用了約100克鉑,按照現(xiàn)在174元/克計(jì)算,催化劑就用了近2萬元。質(zhì)子交換膜以杜邦的Nafion為例,約為一平方厘米10元人民幣,按照用量一平方米計(jì)算,光是質(zhì)子交換膜的成本就在10萬元左右。另外還需高壓儲(chǔ)氫罐成本6萬。橫向比較,傳統(tǒng)汽油車2L發(fā)動(dòng)機(jī)的成本約為3萬元,目前鋰電池成本已降至1元/wh以下,Tesla主流配置的75 KWh三元鋰電池成本約為8萬。

注:政策過渡期內(nèi)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)不變

當(dāng)下,鋰離子動(dòng)力電池已形成產(chǎn)業(yè)化,并在政策與市場的雙重驅(qū)動(dòng)力影響下快速發(fā)展;而燃料電池特別是氫燃料電池的發(fā)展仍處于初級階段,行業(yè)專家表示,目前來看,氫燃料電池的發(fā)展前景廣闊,應(yīng)用場景豐富,但在其大規(guī)模落地之前仍需較長時(shí)間去解決存在的痛點(diǎn)。

但是,相比于鋰離子電池補(bǔ)貼政策正處于退坡過程中,燃料電池的補(bǔ)貼力度大且具有持續(xù)性,這也顯示了中國政府重視多元化發(fā)展路線,支持新能源電池的決心。對于國家層面明確制定相關(guān)發(fā)展目標(biāo),2016年工信部頒布的《節(jié)能與新能源技術(shù)路線圖》中已經(jīng)提到,2020年建成100座加氫站;2025年實(shí)現(xiàn)建成300座加氫站的目標(biāo);2030年建成1000座加氫站。