4月23日舉行的中國氫能科技創(chuàng)新論壇上，中國工程院院士、中科院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉在談及我國氫燃料電池汽車時表示，應(yīng)該先商業(yè)化對加氫站依賴度低商用車，至加氫站達到一定密度，再示范，商業(yè)化乘用車。
燃料電池汽車是氫能應(yīng)用的突破口，是新能源汽車三大技術(shù)路線之一，具有無污染、高效率、載重高、加注快和續(xù)航長等顯著優(yōu)勢。其突出優(yōu)點是比能量較高，可以輸出0.5~1kWh/kg，是鋰離子電池儲能的數(shù)倍。所以，燃料電池車適合于重載車和長途運輸汽車，而且電堆與氫罐是分開的，提高了發(fā)動機的安全性，電堆不會產(chǎn)生燃燒和爆炸，我國氫燃料電池汽車已經(jīng)實現(xiàn)了在-30℃~-40℃狀態(tài)下的低溫啟動，不需要額外的功耗。
北京冬奧會有1000多輛燃料電池汽車參與運營，是世界規(guī)模最大的一次示范運行，在燃料電池汽車示范應(yīng)用史上具有里程碑意義。
國家燃料電池汽車示范應(yīng)用政策發(fā)布以來，國內(nèi)已有5個示范城市群，還有一些其他省市也都出臺了相關(guān)規(guī)劃，預(yù)計到2025年有數(shù)萬輛燃料電池汽車示范運行。
氫燃料電池核心材料發(fā)展現(xiàn)狀：
氫燃料電池與常見的鋰電池不同，系統(tǒng)更為復(fù)雜，主要由電堆和系統(tǒng)部件（空壓機、增濕器、氫循環(huán)泵、氫瓶）組成。電堆是整個電池系統(tǒng)的核心，包括由膜電極、雙極板構(gòu)成的各電池單元以及集流板、端板、密封圈等。膜電極的關(guān)鍵材料是質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴散層，這些部件及材料的耐久性（與其他性能）決定了電堆的使用壽命和工況適應(yīng)性。
1）質(zhì)子交換膜（PEM）
全氟磺酸膜是常用的商業(yè)化PEM，屬于固體聚合物電解質(zhì)；利用碳氟主鏈的疏水性和側(cè)鏈磺酸端基的親水性，實現(xiàn)PEM在潤濕狀態(tài)下的微相分離，具有質(zhì)子傳導(dǎo)率高、耐強酸強堿等優(yōu)異特性。代表性產(chǎn)品有美國杜邦公司的Nafion系列膜、科慕化學(xué)有限公司的NC700膜、陶氏集團的Dow膜、3M公司的PAIF膜，日本旭化成株式會社的Aciplex膜、旭硝子株式會社的Flemion膜，加拿大巴拉德動力系統(tǒng)公司的BAM膜，這些膜的差異在于全氟烷基醚側(cè)鏈的長短、磺酸基的含量有所不同。我國武漢理工新能源有限公司、新源動力有限公司、上海神力科技有限公司、東岳集團公司已具備全氟磺酸PEM產(chǎn)業(yè)化的能力。
輕薄化薄膜制備是降低PEM歐姆極化的主要技術(shù)路線，膜的厚度已經(jīng)從數(shù)十微米降低到數(shù)微米，但同時也帶來膜的機械損傷、化學(xué)降解問題。當前的解決思路，一是采用氟化物來部分或全部代替全氟磺酸樹脂，與無機或其他非氟化物進行共混（如加拿巴拉德動力系統(tǒng)公司的BAM3G膜，具有非常低的磺酸基含量，工作效率高、化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度較好，價格明顯低于全氟類型膜）；二是采用工藝改性全氟磺酸樹脂均質(zhì)膜，以多孔薄膜或纖維為增強骨架，浸漬全氟磺酸樹脂得到高強度、耐高溫的復(fù)合膜（如美國科慕化學(xué)有限公司的 NafionXL-100、戈爾公司的Gore-select膜、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的Nafion/PTFE復(fù)合膜與碳納米管復(fù)合增強膜等）。值得一提的是，戈爾公司掌握了5.0μm超薄質(zhì)子交換膜的制備技術(shù)，2019年投產(chǎn)世界首條氫燃料電池車用PEM專用生產(chǎn)線，在日本豐田汽車公司的Mirai汽車上獲得使用。此外，為了耐高溫、抗無水并具有較高的高質(zhì)子傳導(dǎo)率，高溫PEM、高選擇性PEM、石墨烯改性膜、熱穩(wěn)定PEM、堿性陰離子交換膜、自增濕功能復(fù)合膜等成為近年來的研究熱點。
2）電催化劑
目前，我國燃料電池汽車還處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，產(chǎn)業(yè)規(guī)模還比較小，燃料電池系統(tǒng)價格高，導(dǎo)致一輛燃料電池車的售價是燃油車的2~3倍、鋰離子電池車的1.5~2倍，加氫站的加氫費用每公斤高達60~70元，只有降到30元以下才能與燃油競爭。因此，要實現(xiàn)無補貼的燃料電池汽車規(guī)?；?、商業(yè)化推廣，必須大幅度降低燃料電池系統(tǒng)的成本和氫氣的成本。
對于質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙三大核心材料，雖然國內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)能供應(yīng)，但實際技術(shù)水平如何還要看其能否實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，不僅要經(jīng)過實驗室的壽命測試，最重要的是要通過實際裝車運行來驗證，沒有這樣的測試驗證，企業(yè)就不會選用配套，自主供應(yīng)鏈就很難建立起來。因此，還需要強化燃料電池核心材料、關(guān)鍵零部件研發(fā)和測試驗證應(yīng)用，只有不斷實現(xiàn)技術(shù)進步、提升技術(shù)水平，燃料電池汽車才可以做到與純電動汽車同臺競技。
提升燃料電池汽車使用經(jīng)濟性，需要降低車用氫能供給成本，需要大力發(fā)展可再生能源，特別是降低可再生能源電解水制氫成本，采用天然氣或純氫管網(wǎng)輸送氫氣，實現(xiàn)加氫站氫氣壓縮機、高壓儲氫瓶和加氫機等設(shè)備國產(chǎn)化和批量生產(chǎn)，建油、氫、電等綜合能源服務(wù)站，就可大幅度降低加氫站建設(shè)和運營費用，加氫站加的氫可降至每公斤30元以下，在使用環(huán)節(jié)燃料電池汽車就具備競爭優(yōu)勢了。
推動我國氫燃料電池汽車規(guī)?；瘧?yīng)用需要技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展多管齊下、多措并舉，才能實現(xiàn)燃料電池汽車規(guī)模化應(yīng)用，進而形成明顯的減碳效益，助力雙碳目標實現(xiàn)。
展望未來，我國氫燃料電池汽車要實現(xiàn)百萬輛級的規(guī)模化應(yīng)用還有很長的路要走，還有很多制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共性難題需要逐一破解，需要產(chǎn)業(yè)鏈各方群策群力，持續(xù)不斷地開展技術(shù)創(chuàng)新，共同推動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。
推動氫燃料電池汽車發(fā)展的對策及建議：
1）強化制氫技術(shù)攻關(guān)，降低氫氣燃料使用成本
降低氫燃料成本有利于氫燃料電池技術(shù)的推廣應(yīng)用，而大規(guī)模的氫燃料電池技術(shù)利用將進一步降低相關(guān)系統(tǒng)的成本。建議切實推動與氫燃料電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈配套的制氫、儲運氫、加氫站的發(fā)展，穩(wěn)步降低氫氣燃料使用成本；重點發(fā)展并應(yīng)用碳捕獲與封存技術(shù)，通過風(fēng)能、水能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源，傳統(tǒng)谷電能實施大規(guī)模綠色制氫；對標當前國際先進水平的2~3mg/cm2催化劑Pt載量、3.7美元/kg產(chǎn)氫成本的指標，重點采用PEM電解槽制氫技術(shù)路線，積極發(fā)展高溫固體氧化物電解水制氫技術(shù)。
2）加快關(guān)鍵材料和核心組件的技術(shù)攻關(guān)與轉(zhuǎn)化應(yīng)用
為進一步降低氫能的生產(chǎn)和利用成本，無論是氫燃料電池還是電解水制氫，需要大力開展碳纖維/布、PEM、催化劑、GDL、BPs等關(guān)鍵材料或核心組件的制備技術(shù)研究與轉(zhuǎn)化應(yīng)用。建議構(gòu)建 “研究機構(gòu)/實驗室–企業(yè)–產(chǎn)業(yè)園”的協(xié)同創(chuàng)新機制，鼓勵原創(chuàng)的突破性研究成果進入企業(yè)開展 “先行先試”，及早接受市場考驗；在有條件的地區(qū)建設(shè)氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，注重產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)以形成規(guī)?；?yīng)，從而促進氫燃料電池系統(tǒng)及氫氣成本的技術(shù)性下降；支持自主研發(fā)企業(yè)的產(chǎn)品進駐氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)進行培育示范，國家級實驗平臺應(yīng)側(cè)重支持企業(yè)進行產(chǎn)品論證和工況測試。多渠道、全方位引入社會資本參與加氫站、儲運氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，通過項目試點和示范運營，助推氫燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)健發(fā)展。
3）科學(xué)制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，構(gòu)建政策保障體系
建議研究制定有關(guān)氫能、氫燃料電池技術(shù)的中長期發(fā)展規(guī)劃，做好系統(tǒng)的頂層設(shè)計。關(guān)鍵技術(shù)的突破與創(chuàng)新，穩(wěn)定的專業(yè)人才隊伍是關(guān)鍵，建議在2021-2035年周期內(nèi)持續(xù)設(shè)立氫燃料電池國家級專項課題，提供穩(wěn)定的經(jīng)費支持，鼓勵氫能及氫燃料電池研究隊伍傾力投入研究。合理保持對氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的投入，從土地、稅收、技術(shù)標準等諸多方面給予積極支持，鼓勵和引導(dǎo)氫燃料電池企業(yè)從事研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用活動。有關(guān)技術(shù)標準體系的構(gòu)建，是引導(dǎo)企業(yè)安全有序開展研發(fā)和市場活動的重要前提，建議系統(tǒng)研究制定加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的安全標準建設(shè)文件，車輛、船舶、發(fā)電站等應(yīng)用場景下氫燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)和檢測標準，出臺法規(guī)文件縮短加氫站及氫燃料電池項目從審批、建設(shè)到運營的時間歷程。
