出品｜網(wǎng)易科技《智見訪談》

作者｜趙芙瑤

編輯｜丁廣勝

你有多久沒見過藍(lán)天了？

伴隨著全球氣候變暖、燃料價(jià)格上漲以及環(huán)境污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀，人類對(duì)更清潔、更安全、更高效能源的需求與日俱增。面對(duì)這一迫切的需求，燃料電池作為一種具有巨大發(fā)展前景的新能源備受矚目。

燃料電池憑借其清潔、高效的特點(diǎn)，正成為能源領(lǐng)域的明日之星。它不僅可以提供清潔的能源供應(yīng)，減少環(huán)境污染和溫室氣體排放，還具備更高的能源利用效率。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成本的逐漸降低，燃料電池有望為人類提供可持續(xù)發(fā)展的能源解決方案，助力能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。

而氫能作為燃料電池的燃料，是一種來源豐富、環(huán)保低碳、廣泛應(yīng)用的次生能源，在構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系以及實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)方面扮演著重要的角色。

2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》中提出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段目標(biāo)：到2025年，基本掌握核心技術(shù)和制造工藝，燃料電池車輛保有量約5萬輛，足以見得國家對(duì)于氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的重視程度。

那么燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀如何？面對(duì)氫氣運(yùn)輸?shù)母叱杀疽约凹託湔镜娜狈栴}，我們應(yīng)該采取何種對(duì)策？與發(fā)達(dá)國家相比，我們?cè)诩夹g(shù)方面應(yīng)該如何奮起直追？

網(wǎng)易科技《智見》專訪本次通過世界新能源汽車大會(huì)科技委員會(huì)秘書處邀請(qǐng)到了燃料電池專家，中國工程院院士衣寶廉。數(shù)年前，一次偶然的機(jī)會(huì)，陪同所到北京開會(huì)并接下航天燃料電池任務(wù)，從此與燃料電池結(jié)緣。在燃料電池領(lǐng)域深耕多年的他，如何看待上述問題呢？以下為采訪實(shí)錄。

加氫站降價(jià)方能與燃油車競爭

燃料電池車緩解“里程焦慮”

網(wǎng)易科技：您五十多年來一直專注燃料電池研究，您認(rèn)為氫燃料電池汽車及氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的價(jià)值到底何在？

衣寶廉：要實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，必須大力發(fā)展可再生能源，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，由于可再生能源的波動(dòng)性和季節(jié)性，為實(shí)現(xiàn)可再生能源安全上網(wǎng)，必須大力發(fā)展儲(chǔ)能。

氫儲(chǔ)能，即用可再生能源電解水制氫，不但可以實(shí)現(xiàn)可在生能源儲(chǔ)存，還可以實(shí)現(xiàn)可再生能源的再分配，也可以消除發(fā)展可再生能源的天花板，實(shí)現(xiàn)氫—電體系的能源供應(yīng)，確保國家的能源安全。

燃料電池車是氫能應(yīng)用的突破口，理論上，可以用氫能代替燃油，驅(qū)動(dòng)各種交通工具如各種車輛。大幅度減少石油進(jìn)口，不但能實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域碳減排，還可以提高國家能源安全性。

網(wǎng)易科技：氫氧燃料電池與普通電池有何區(qū)別？中國發(fā)展燃料電池汽車的既有優(yōu)勢在哪里？您認(rèn)為短板又主要體現(xiàn)在哪些方面？

衣寶廉：燃料電池和二次電池如鋰離子電池均是依據(jù)電化學(xué)原理將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。但它們的工作方式不同，燃料電池是按內(nèi)燃機(jī)方式工作的即它要發(fā)電一定要組建一個(gè)系統(tǒng)：燃料氫供給，氧（空氣）供給，氫氧反應(yīng)產(chǎn)物水的排除，電堆熱管理和電管理等分系統(tǒng)。

在十五科技部就成立電動(dòng)汽車專家組，萬剛?cè)谓M長，并設(shè)立電動(dòng)汽車專項(xiàng)。專家組提出三從三橫的電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略：三從：鋰離子電池車，混合動(dòng)力車和燃料電池車。三橫：電池與燃料電池，電機(jī)與推進(jìn)系統(tǒng)，電控系統(tǒng)。在鋰離子電池車產(chǎn)業(yè)化后，又提出燃料電池車的成市群示范計(jì)劃，已批準(zhǔn)二批，五個(gè)城市群，以獎(jiǎng)勵(lì)代替補(bǔ)貼的促進(jìn)燃料電池車的發(fā)展。

氫燃料電池的優(yōu)勢包括以下幾點(diǎn)。第一，電池系統(tǒng)比能量高達(dá)到每公斤0.5-1.0kw-hr/kg，是鋰離子電池的幾倍。因此燃料電池車特別適于長途車和重載車，不存在里程焦慮。第二，燃料電池系統(tǒng)的氫罐和電堆是分開的，一旦電堆出現(xiàn)如膜串氣，巡檢電池電壓迅速下降，供氫氣回路的電磁閥關(guān)閉，電堆不會(huì)產(chǎn)生燃燒和爆炸。目前，全世界有近七萬輛燃料電池車在運(yùn)行，我國有一萬二千多輛在運(yùn)行，無一輛車發(fā)生燃燒與爆炸。第三，在嚴(yán)寒地區(qū)，燃料電池車行駛里程不縮短，燃料電池產(chǎn)生余熱還可為車供暖，優(yōu)勢突出。第四，燃料電池車的續(xù)駛里程，加氫時(shí)間，駕駛的舒適性均可與燃油車相媲美。由油換氫做燃料對(duì)司機(jī)沒有影響。

當(dāng)然，燃料電池車也存在明顯短板，比如燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)目前成本高，導(dǎo)致燃料電池車成本是燃油車的2—3倍，鋰離子電池車的1.5—2.0倍。另外，一座加氫站建設(shè)費(fèi)1500萬左右，是充電站幾倍。在我看來，加氫站加氫要不補(bǔ)貼，每公斤氫60左右，只有降到30—20元，才能與燃油車競爭。

網(wǎng)易科技：有人認(rèn)為氫燃料電池汽車未來更多替代柴油車，而純電動(dòng)汽車更多代替汽油車，這種觀點(diǎn)您認(rèn)可嗎？未來純電動(dòng)汽車和氫燃料電池汽車多大意義上存在競爭關(guān)系？

衣寶廉：由于鋰離子電池車目前還存在里程焦慮。冬季特別是風(fēng)雪天氣，溫度降到零下幾十度，電池容量下降，行駛里程縮短。偶爾還有燃燒爆炸發(fā)生。我認(rèn)為隨著燃料電池車技術(shù)的進(jìn)步，燃料電池車可以進(jìn)入乘用車領(lǐng)域，特比是在北方冬天優(yōu)勢更突出，如這次北京冬奧會(huì)用車，均以燃料電池車為主。在南方燃料電池車在城際間運(yùn)行有優(yōu)勢?？偟目催@二種車互補(bǔ)大于競爭。

網(wǎng)易科技：氫燃料電池汽車能否替代傳統(tǒng)燃油汽車以及純電汽車成為新能源汽車的主力軍？您認(rèn)為它未來的發(fā)展趨勢如何？

衣寶廉：將來隨著技術(shù)進(jìn)步，各種動(dòng)力的車是互補(bǔ)的，適用的檢測標(biāo)準(zhǔn)是碳排放量和環(huán)境適應(yīng)性，不存在誰替代誰的問題。如燃油車要使用的燃油是由回收二氧化碳與綠氫制備，也有優(yōu)勢，特別是軍車。

發(fā)展純氫管道輸氫迫在眉睫

示范城市群為燃料電池提供市場

網(wǎng)易科技：氫能的儲(chǔ)運(yùn)目前面臨著較大的技術(shù)難題，成本也相對(duì)較高，您認(rèn)為在氫的儲(chǔ)運(yùn)方面，未來需要在哪些方面加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)？

衣寶廉：氫的儲(chǔ)運(yùn)在國內(nèi)要發(fā)展純氫管道輸氫，它特別適用于海上風(fēng)電制氫，將純氫輸送至陸地儲(chǔ)存。也適合用綠氫制備綠氨、甲醇，合成油等工廠。對(duì)短距離百公里以內(nèi)采用列管車輸送。但要依據(jù)技術(shù)進(jìn)步逐步提高容器的壓力，提高輸送效率和降低運(yùn)費(fèi)。

長距離輸送最優(yōu)是天氣管網(wǎng)參氫，國際規(guī)定氫濃度是20%，我國以達(dá)到24%，在用氫的地方，采用膜分離提取純氫。

還可以將氫液化，運(yùn)輸液氫。但氫液化能耗高。海上輸送以液氫，氨，液體儲(chǔ)氫如甲苯加氫為甲基環(huán)己烷，液體裝船，在用地，再將甲基環(huán)己烷變?yōu)榧儦浜图妆健?/p>

網(wǎng)易科技：在燃料電池技術(shù)和研發(fā)上，我國與日本等國還存在較大差距，這種差距的核心問題是什么？該如何解決，促進(jìn)氫燃料電池汽車規(guī)?；涞?？

衣寶廉：燃料電池發(fā)現(xiàn)至今已一個(gè)多世紀(jì)。我國是依據(jù)國家需求即燃料電池比能量高，特別適用于航天飛船上動(dòng)力源，開始搞燃料電池研究的。整體工作是以電堆為核心，依據(jù)需求構(gòu)建燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。因此在材料和機(jī)理研究起步晚。

總的看來，與日本相比，我們?cè)谌剂想姵囟逊矫?，比功率與可靠性稍低，在系統(tǒng)方面，我們?cè)诘蜏貑?dòng)，余熱利用，高溫排熱等有優(yōu)勢。但在關(guān)鍵部件如空壓機(jī)，氫氣壓縮機(jī)，氫氣循環(huán)泵等有差距。

我們?cè)谑痉锻瑫r(shí)，要強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，消除深層次的卡脖子技術(shù)如制備高壓氫氣四型瓶的朔料內(nèi)膽樹脂，高強(qiáng)碳纖維，瓶口組合閥等。電池用的低氫滲透率，高強(qiáng)度和高電導(dǎo)的增強(qiáng)復(fù)合膜等。

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)降低成本依靠二方面技術(shù)突破：一是實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，但目前地方政府的財(cái)政難于支持大量購買燃料電池車！國家應(yīng)該擴(kuò)展示范城市群，推動(dòng)燃料電池關(guān)鍵材料與部件量產(chǎn)！二是技術(shù)進(jìn)步，主要是提高電堆的比功率和提高并延長燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性與壽命！

現(xiàn)在燃料電池堆的工作電流密度是二安培左右吧，力爭逐步提高到四安培，為此要改進(jìn)流場，提高電池工作溫度，減薄擴(kuò)散層，利用薄的增強(qiáng)復(fù)合膜，降低催化層氧傳質(zhì)阻力，提高鉑的利用率。還可以進(jìn)一步將電流密度提高到五安培以上，將電堆售價(jià)降到五百元以下。

網(wǎng)易科技：在2022年3月23日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，明確了氫能的「戰(zhàn)略定位」。北上廣等超過20個(gè)城市制定了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，都在試圖搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)，您如何看待各地發(fā)展氫能的熱情？

衣寶廉：大量城市制定氫能發(fā)展規(guī)劃反應(yīng)他們?cè)趯?shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)上緊跟，并有想法。但要注意目前生產(chǎn)綠氫，成本還是高的，產(chǎn)品銷售是否能跟上。比如燃料電池車，都在搞，用大量補(bǔ)貼推動(dòng)發(fā)展，能否持久。

我建議國家擴(kuò)大示范城市群，為燃料電池部件和材料批量生產(chǎn)提供市場。關(guān)鍵材料與部件在各城市群有個(gè)分工，攻克深層次卡脖子材料。

網(wǎng)易科技：從可持續(xù)發(fā)展的角度看，您對(duì)當(dāng)前的燃料電池汽車示范推廣有何建議？

衣寶廉：一是抓示范城市群，并適當(dāng)擴(kuò)大，推動(dòng)關(guān)鍵材料與部件批量生產(chǎn)。

二是加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，進(jìn)一步提高電堆比功率和燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)比能量。加強(qiáng)基礎(chǔ)材料研究，攻克深層次卡脖子問題。發(fā)展高溫膜，將氫燃料電池工作溫度提高到一百以上，消除二相流，提高電堆內(nèi)單池一致性。研發(fā)高儲(chǔ)氫容量的儲(chǔ)氫材料，代替高壓儲(chǔ)氫瓶，進(jìn)一步提高燃料電池車的安全性。

網(wǎng)易科技：目前國內(nèi)汽車行業(yè)，從商用車企業(yè)到乘用車企業(yè)都在積極開發(fā)氫燃料電池汽車，在這方面汽車企業(yè)怎么才能做得更好？

衣寶廉：可以介入，但要生產(chǎn)整車與技術(shù)研發(fā)并舉，逐步提高車的水平。最好能與研究所或高校合作。

網(wǎng)易科技：起初，燃料電池的研發(fā)之路并不順暢，期間（1978年）曾受國家重大項(xiàng)目的調(diào)整而被迫中斷，直到再次恢復(fù)研發(fā)，您是否想過放棄？是什么（動(dòng)力）讓您數(shù)十年如一日，堅(jiān)持這項(xiàng)研究的？

衣寶廉：當(dāng)時(shí)，采用燃料電池做為飛船上電力的美國阿波羅飛船已登月，采用燃料電池作為輔助動(dòng)力的德國AIP潛艇已試航成功，在水下可以潛航半個(gè)月。

我們?nèi)蝿?wù)已做成千瓦級(jí)堿性石棉膜型燃料電池系統(tǒng)并通過一千小時(shí)無人穩(wěn)定運(yùn)行，做完航天環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)。我當(dāng)時(shí)認(rèn)為燃料電池是新技術(shù)對(duì)國家有用，我們應(yīng)保留少量人員做下去。

總之，我認(rèn)為燃料電池已有較好基礎(chǔ)，對(duì)國家有用，應(yīng)該堅(jiān)持下去。

網(wǎng)易科技：您覺得作為一名科研人員，應(yīng)該具備怎樣的品質(zhì)與精神？

衣寶廉：依據(jù)國家需要和自己基礎(chǔ)選摘任務(wù)，遇到困難不退縮，堅(jiān)持下去，直至成功。