氫燃料電池汽車：汽車動(dòng)力的革命
——訪中國(guó)工程院院士李駿

新能源汽車是當(dāng)今汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，而氫燃料電池技術(shù)作為新能源汽車技術(shù)的重要組成部分，在《中國(guó)制造2025》、《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）》等國(guó)家、部委制定的各項(xiàng)發(fā)展戰(zhàn)略和相關(guān)政策中獲得了高度重視，氫燃料電池技術(shù)是中國(guó)汽車低碳化發(fā)展的重要方向。有專家認(rèn)為中國(guó)氫燃料電池汽車已經(jīng)開(kāi)始逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)氫燃料電池汽車技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化仍有很漫長(zhǎng)的路要走，為此，《汽車技術(shù)》雜志、《汽車工藝與材料》雜志和《汽車文摘》雜志主編聯(lián)合采訪了李駿院士，就氫燃料電池汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化相關(guān)話題進(jìn)行了訪談。

期刊主編：李院士您好，很高興您能接受我們的采訪。據(jù)報(bào)道2017年是中國(guó)氫燃料電池汽車進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的元年，能否請(qǐng)您談一下，發(fā)展氫燃料電池汽車的重大意義？

李駿院士：我認(rèn)為發(fā)展燃料電池汽車的戰(zhàn)略意義重大。

首先，中國(guó)對(duì)國(guó)際社會(huì)做出了莊嚴(yán)的承諾，2015年12月中國(guó)政府簽署了《巴黎協(xié)定》，承諾控制CO2排放，從而控制溫室氣體排放和保護(hù)環(huán)境。

另一方面中國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依賴度已經(jīng)超過(guò)了70%，這是最新的數(shù)據(jù)，化石燃料的能源供應(yīng)模式不可持續(xù)。過(guò)度消費(fèi)化石燃料也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，包括嚴(yán)重的霧霾，其中的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物嚴(yán)重影響人類健康。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略角度看，氫燃料電池技術(shù)的研發(fā)對(duì)于中國(guó)低碳化、可持續(xù)的、清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略意義重大。國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)普遍認(rèn)為全球能源發(fā)展邁入了氫能時(shí)代，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也呼吁發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)和氫能源產(chǎn)業(yè)，不僅對(duì)汽車工業(yè)，對(duì)其他氫能源的使用者也會(huì)受益匪淺。氫燃料電池汽車的最大優(yōu)點(diǎn)是零排放、能量轉(zhuǎn)換效率高、續(xù)駛里程長(zhǎng)、加氫時(shí)間短，這是其未來(lái)發(fā)展的最大優(yōu)勢(shì)。

此外，2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布了《中國(guó)制造2025》規(guī)劃，其中提出要大力推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展，繼續(xù)支持電動(dòng)汽車、燃料電池汽車發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。國(guó)務(wù)院2016年發(fā)布了《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，在綱要的戰(zhàn)略任務(wù)中提到，發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，不斷催生新產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)造新就業(yè)，提出開(kāi)發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術(shù)。國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局在《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）》中，也將氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新列為重點(diǎn)任務(wù)之一，明確把制氫、儲(chǔ)氫、加氫站、氫能分布式發(fā)電和氫燃料電池作為研發(fā)、攻關(guān)和創(chuàng)新戰(zhàn)略方向，把大規(guī)模制氫技術(shù)、氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)、氫燃料電池技術(shù)列為行動(dòng)目標(biāo)?？傊?，就是要打造利于環(huán)境的氫生態(tài)、氫能源、氫技術(shù)、氫產(chǎn)業(yè)和氫軍事一系列與氫相聯(lián)系的氫經(jīng)濟(jì)與氫社會(huì)。

期刊主編：國(guó)際上氫燃料電池汽車發(fā)展現(xiàn)狀是什么樣？

李駿院士：國(guó)際上氫燃料電池汽車技術(shù)的發(fā)展比較早。美國(guó)能源部早在2002年就發(fā)布了氫能愿景，規(guī)劃在2030年實(shí)現(xiàn)批量成熟技術(shù)應(yīng)用。2014年日本也發(fā)布了《氫能源白皮書》和《氫能/燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線圖》。2003年歐盟制定《歐盟氫能路線圖》，發(fā)布了氫能與氫燃料電池技術(shù)發(fā)展愿景與規(guī)劃。

近年來(lái)，由于各國(guó)的高度重視，發(fā)達(dá)國(guó)家氫燃料電池技術(shù)已經(jīng)從產(chǎn)品研發(fā)與示范運(yùn)行逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣階段。目前國(guó)際上具有代表性的產(chǎn)品包括豐田的Mirai、本田的Clarity以及現(xiàn)代的ix35等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化的典型燃料電池汽車，2017年銷量超過(guò)3000輛，占當(dāng)年燃料電池汽車全部銷量的幾乎一半，其他車企如戴姆勒、大眾、寶馬等也預(yù)計(jì)將在近期推出量產(chǎn)的燃料電池車型。

期刊主編：我們國(guó)家與美國(guó)、日本和歐洲在氫燃料電池技術(shù)研發(fā)上有哪些差距？

李駿院士：經(jīng)過(guò)“十五”、“十一五”和“十二五”的科技攻關(guān)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合項(xiàng)目，中國(guó)燃料電池汽車技術(shù)取得了一定的發(fā)展，在燃料電池關(guān)鍵材料，如雙極板、膜、催化劑等方面有了基本研發(fā)能力，在系統(tǒng)集成、系統(tǒng)控制和氫能基礎(chǔ)設(shè)施方面也有了一定的進(jìn)展，特別是在2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)等重大活動(dòng)上進(jìn)行了示范展示，獲得了一定的經(jīng)驗(yàn)和公眾展示效果。

當(dāng)然中國(guó)氫燃料電池技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有很大差距，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是在氫燃料電池的雙極板、膜電極組件、膜與催化劑等關(guān)鍵材料技術(shù)方面仍有一定差距，比如催化劑Pt用量，國(guó)內(nèi)普遍水平為0.6 g/kW，而目前國(guó)際實(shí)際應(yīng)用水平可達(dá)到0.25 g/kW。而交換膜在國(guó)內(nèi)仍處于開(kāi)發(fā)階段，沒(méi)有進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。在膜電極組件方面，目前國(guó)內(nèi)最大電流密度為1.5 A/cm2，而目前國(guó)際先進(jìn)水平接近2.5A/cm2。

二是主要零部件成本居高不下，成為產(chǎn)業(yè)化的障礙。如膜電極組件成本約為2 000元/kW，而國(guó)際水平已經(jīng)達(dá)到了16美元/kW，大約是100元人民幣。

三是整個(gè)電堆總成體積功率密度低、成本高，仍需要深度技術(shù)創(chuàng)新。國(guó)內(nèi)電池堆體積功率密度約為2.2 kW/L，而國(guó)際水平為3.0 kW/L或更高。因?yàn)楹诵牧悴考?、催化劑等）還主要依賴進(jìn)口，目前國(guó)內(nèi)燃料電池電堆成本約為3 000元/kW，而國(guó)際單臺(tái)套成本已低于1 000元/kW，按幾十萬(wàn)臺(tái)套規(guī)模批量計(jì)算的話約可以達(dá)到22美元/kW。

期刊主編：在材料和制造技術(shù)方面我們有哪些創(chuàng)新的空間？

李駿院士：剛才談到燃料電池核心零部件，其中也應(yīng)該包括關(guān)鍵制造技術(shù)與材料技術(shù)方面的創(chuàng)新，當(dāng)然我們這方面與發(fā)達(dá)國(guó)家也存在很大差距，這也是燃料電池產(chǎn)業(yè)化面臨的障礙，國(guó)內(nèi)各大主機(jī)廠也在開(kāi)始這方面的研究。發(fā)達(dá)國(guó)家這方面的做法值得我們學(xué)習(xí)，如2017年美國(guó)能源部就膜電極組件、金屬雙極板、催化劑、膜和氣體擴(kuò)散層技術(shù)以及低成本儲(chǔ)氫罐等關(guān)鍵零部件制造技術(shù)，組織大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和主機(jī)廠進(jìn)行了燃料電池技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析項(xiàng)目，對(duì)上述核心零部件在制造潛力和創(chuàng)新力方面進(jìn)行評(píng)估，對(duì)核心零部件進(jìn)行了制造工藝流程分析和操作分析，如雙極板的沖壓成型、激光焊接和涂層工藝技術(shù)分析，其中成本分析中雙極板1萬(wàn)臺(tái)套可以做到每套2.25美元，10萬(wàn)臺(tái)套的成本已經(jīng)可以降到1.9美元，降幅達(dá)到了18%。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析還包括如核心零部件對(duì)未來(lái)投資需求分析，對(duì)創(chuàng)造就業(yè)崗位的分析，對(duì)于國(guó)家氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用等。美國(guó)能源部對(duì)于燃料電池核心零部件的競(jìng)爭(zhēng)力也做了分析，預(yù)計(jì)在雙極板、膜和壓力容器處于世界領(lǐng)先地位。

期刊主編：氫燃料電池汽車也是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，也涉及到共性技術(shù)，我們?cè)谛袠I(yè)上如何解決這些共性技術(shù)問(wèn)題？產(chǎn)學(xué)研如何更好緊密結(jié)合？

李駿院士：首先由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)起，成立了國(guó)際氫能燃料電池協(xié)會(huì)，目前主要發(fā)起人有：聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署、豐田汽車、戴姆勒投資公司、本田汽車、加拿大巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司、上海汽車、中國(guó)一汽、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等公司和研究機(jī)構(gòu)。通過(guò)合作創(chuàng)新、信息共享，開(kāi)展燃料電池汽車和氫基礎(chǔ)設(shè)施示范推廣活動(dòng)；研究探討燃料電池汽車的商業(yè)化模式；完善相關(guān)激勵(lì)政策體系和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)建設(shè)；通過(guò)國(guó)際信息交流平臺(tái)和媒體宣傳等方式，開(kāi)展科普宣傳和知識(shí)普及等活動(dòng)，促進(jìn)全球燃料電池汽車的技術(shù)進(jìn)步和商業(yè)化推廣。

第二，國(guó)家科技部等部委積極推進(jìn)燃料電池核心技術(shù)科技攻關(guān)，成立了多個(gè)項(xiàng)目，由企業(yè)牽頭，聯(lián)合主要供應(yīng)商、研究所和大學(xué)共同就共性問(wèn)題進(jìn)行科技攻關(guān)，解決科學(xué)和工程技術(shù)問(wèn)題，如2017年由一汽牽頭的高比功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目研發(fā)，組織了包括東風(fēng)汽車、同濟(jì)大學(xué)、上海電驅(qū)動(dòng)、大連化學(xué)物理研究所等國(guó)內(nèi)從事燃料電池研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)、高校、科研院所及零部件公司共同參與，打造燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品平臺(tái)。通過(guò)這樣的合作項(xiàng)目，使我國(guó)的燃料電池汽車技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平，并可在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。

第三，通過(guò)這樣的大項(xiàng)目會(huì)派生出很多小項(xiàng)目，如雙極板、催化劑、氣體擴(kuò)散層技術(shù)和儲(chǔ)氫罐等核心零部件的技術(shù)攻關(guān)，包括制造技術(shù)與質(zhì)量保障方面等產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的技術(shù)瓶頸攻關(guān)。

第四，“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃中提出深入開(kāi)展燃料電池汽車核心專項(xiàng)技術(shù)研發(fā)，推進(jìn)加氫基礎(chǔ)設(shè)施和示范考核技術(shù)發(fā)展，制定車用70MPa氫瓶四型瓶標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行燃料電池及燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)新，建立測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)，提出發(fā)展無(wú)人機(jī)燃料電池、氫燃料，提出突破燃料電池汽車重點(diǎn)專項(xiàng)技術(shù)。

期刊主編：氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)政策方面有哪些可以促進(jìn)行業(yè)發(fā)展的舉措？

李駿院士：2016年12月國(guó)務(wù)院頒布了“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，從國(guó)家層面上設(shè)立總體目標(biāo)，提出推進(jìn)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化，規(guī)劃到2030年，氫燃料電池汽車達(dá)到100萬(wàn)輛級(jí)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)必須開(kāi)展氫燃料電池新技術(shù)研發(fā)，特別是要加強(qiáng)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料與過(guò)程機(jī)理研究，系統(tǒng)推進(jìn)氫燃料電池汽車研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。到2020年，實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車批量生產(chǎn)和規(guī)?；痉稇?yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)展目標(biāo)，國(guó)家各部委相繼提出了各項(xiàng)政策，推動(dòng)氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。如2018年2月，財(cái)政部、工信部、科技部聯(lián)合發(fā)展改革委制定了補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，氫燃料電池乘用車最高補(bǔ)貼20萬(wàn)元/輛，氫燃料電池輕型客車、貨車定額補(bǔ)貼上限30萬(wàn)元/輛，大中型客車、中重型貨車定額補(bǔ)貼上限50萬(wàn)元/輛。

此外交通運(yùn)輸部對(duì)氫燃料電池汽車免征車輛購(gòu)置稅，財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局也提出對(duì)氫燃料電池免征消費(fèi)稅。總之，國(guó)家的政策傾斜會(huì)大力促進(jìn)氫燃料電池汽車研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

期刊主編：氫燃料電池汽車被認(rèn)為是汽車能源動(dòng)力的革命，您認(rèn)為這會(huì)給汽車產(chǎn)業(yè)帶來(lái)什么樣的變化？

李駿院士：氫燃料被認(rèn)為是未來(lái)可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力的替代能源，由于它具有無(wú)與倫比的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，發(fā)展燃料電池技術(shù)是中國(guó)能源多元化的重要選項(xiàng)之一。

從產(chǎn)業(yè)的源頭制氫、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、分銷、加氫站建設(shè)，到核心零部件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，需要很多工作，與傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈比有很大的不同，當(dāng)然這是個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。應(yīng)從國(guó)家層面統(tǒng)籌規(guī)劃氫氣制取、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、分銷和使用。在加氫站建設(shè)方面也與傳統(tǒng)的加油站不同，這方面應(yīng)該對(duì)標(biāo)歐洲，從上而下制定全國(guó)加氫站規(guī)劃路線圖。

在氫燃料電池汽車產(chǎn)品與制造技術(shù)創(chuàng)新方面，也應(yīng)加強(qiáng)共性技術(shù)研發(fā)、培養(yǎng)創(chuàng)新主體。由于氫燃料電池技術(shù)的復(fù)雜性和產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)的特點(diǎn)，需要政府和行業(yè)學(xué)會(huì)牽頭研發(fā)機(jī)構(gòu)、大學(xué)、整車企業(yè)和零部件公司共同合作。

氫燃料電池汽車的另一個(gè)影響就是移動(dòng)的“發(fā)電機(jī)”，即氫燃料電池汽車也可以作為發(fā)電機(jī)，通過(guò)回輸電能調(diào)節(jié)大電網(wǎng)波谷，因?yàn)殡妱?dòng)車約有90%的時(shí)間處于非行駛狀態(tài)，將燃料電池汽車接入智能電網(wǎng)，這對(duì)未來(lái)的電網(wǎng)也會(huì)有重大影響。

期刊主編：為更好發(fā)展氫燃料汽車產(chǎn)業(yè)，在人才規(guī)劃和培養(yǎng)方面，我們應(yīng)該如何做？

李駿院士：可以通過(guò)國(guó)家科技部燃料電池聯(lián)合項(xiàng)目、氫燃料電池協(xié)會(huì)等，建立氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)體系，形成氫燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)發(fā)流程，培養(yǎng)燃料電池人才隊(duì)伍，促進(jìn)我國(guó)氫燃料電池汽車的快速發(fā)展。我們叫四出，即出技術(shù)、出體系、出能力、出人才。我們剛才談到氫燃料電池技術(shù)開(kāi)發(fā)與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)又不同，需要跨學(xué)科，需要不同領(lǐng)域的技術(shù)專業(yè)人才，通過(guò)前瞻科研項(xiàng)目來(lái)培養(yǎng)我們的領(lǐng)軍人才。