我國(guó)氫燃料電池汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化探究

楊自斌

（信陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)電工程學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

引言

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提升，人民生活水平的提高，我國(guó)汽車的生產(chǎn)量和保有量快速增加，這對(duì)于能源的巨大需求和大氣污染的治理是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，氫燃料電池汽車以其環(huán)保、無(wú)污染等特征再次出現(xiàn)在人們的視野，并得到了廣泛地關(guān)注。現(xiàn)如今很多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展階段，加強(qiáng)對(duì)氫燃料電池汽車的發(fā)展前景和產(chǎn)業(yè)化研究具備很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義及價(jià)值。

1 氫燃料電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 氫燃料能源的基礎(chǔ)設(shè)施

作為氫燃料電池汽車運(yùn)行的重要保障，加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量以及規(guī)模在氫燃料電車汽車的推廣中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。現(xiàn)階段，在全球范圍內(nèi)約有322 座加氫站處于正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，目前大多數(shù)的加氫站位于日、美、德等國(guó)家。我國(guó)目前建成的加氫站數(shù)量相對(duì)來(lái)說(shuō)很少，主要是為燃料電池汽車的技術(shù)研發(fā)提供服務(wù)，還無(wú)法滿足產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需求。隨著對(duì)燃料電池汽車研發(fā)的不斷投入，我國(guó)正在計(jì)劃新增更多的加氫站，以滿足對(duì)于氫燃料的相關(guān)需求。

1.2 氫燃料電池汽車的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

隨著環(huán)境問(wèn)題的日益突出，氫能源作為一種清潔無(wú)污染的能源，在汽車行業(yè)中得到了廣泛地關(guān)注，我國(guó)氫燃料電池汽車已經(jīng)建立起了一套科學(xué)完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系，包括：最高車速、用電安全保障、車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、車輛抗電磁干擾性能以及耐久性等等。這些已經(jīng)被列入到標(biāo)準(zhǔn)化體系當(dāng)中。對(duì)照從標(biāo)準(zhǔn)化體系中引申出的9 級(jí)評(píng)價(jià)模型，現(xiàn)階段我國(guó)所處的等級(jí)均比較低。氫燃料電池汽車整體技術(shù)水平僅為TRL7 級(jí)，而電池系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的核心零部件等級(jí)都處于TRL3～TRL4 級(jí)，其它的如質(zhì)子交換膜處在TRL6 級(jí)，電極材料處在TRL7 級(jí)。

2 我國(guó)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化存在的問(wèn)題

首先是生產(chǎn)成本較高。當(dāng)前，氫一般來(lái)源于天然氣以及沼氣，另外還可以借助電解水將氫和氧進(jìn)行分離而獲取氫氣，對(duì)于電能而言則是需要借助煤或者是核反應(yīng)堆發(fā)電來(lái)產(chǎn)生。因此在獲取氫的同時(shí)必然需要消耗其他的能源，如果使用煤炭、天然氣、沼氣等碳?xì)淙剂蟻?lái)制取氫氣，則會(huì)對(duì)空氣造成一定的污染；使用風(fēng)力以及太陽(yáng)能雖然可以避免環(huán)境污染的問(wèn)題，但是也需要面臨著高額的成本費(fèi)用；其次，氫燃料的存儲(chǔ)極為不便，很容易產(chǎn)生諸如泄露或者是氣化等問(wèn)題，在實(shí)際使用中回火、早燃甚至是爆燃等問(wèn)題還亟待解決。這也就要求儲(chǔ)存氫燃料的材料必須具備高安全性、吸/放氫速率快、長(zhǎng)壽命以及低成本的特點(diǎn)；最后是相關(guān)配套設(shè)施的缺失導(dǎo)致氫經(jīng)濟(jì)的發(fā)展受限?，F(xiàn)階段對(duì)于加氫站的建設(shè)手續(xù)比較復(fù)雜、建設(shè)的成本費(fèi)用較高、整體覆蓋率極低，在建設(shè)進(jìn)度上和西方發(fā)達(dá)國(guó)家還存在明顯的差距。

3 我國(guó)氫燃料電池汽車現(xiàn)狀

3.1 電池系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣，發(fā)現(xiàn)氫燃料電池汽車的動(dòng)力性能測(cè)試占整體比重的百分之五十，這也就反映出我國(guó)汽車行業(yè)更加注重對(duì)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)工作；對(duì)于氫燃料電池汽車的安全性、耐久度以及零部件性能的測(cè)試只有整體比重的百分之十一左右。這也反映出我國(guó)相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)和車企當(dāng)前在安全性及零部件性能上的研發(fā)與測(cè)試還處在起步階段。我國(guó)氫燃料電池汽車在動(dòng)力系統(tǒng)方面的技術(shù)還不夠成熟，特別是在動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)上以及平臺(tái)設(shè)計(jì)上的集成度較低；并且與動(dòng)力系統(tǒng)以及零部件設(shè)計(jì)相匹配的經(jīng)驗(yàn)較少，與國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)之間差距比較明顯。

3.2 燃料電池汽車電堆

我國(guó)燃料電池汽車電堆的獲得主要由兩種形式：一種是從國(guó)外進(jìn)口，一種是自己生產(chǎn)。國(guó)外進(jìn)口的電堆，相對(duì)來(lái)說(shuō)技術(shù)水平較高，不過(guò)對(duì)應(yīng)的采購(gòu)費(fèi)用也比較高；而國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)的電堆雖然成本相對(duì)較低，但是其耐久度以及安全等性能有待考究。

3.3 燃料電池汽車核心零部件

我國(guó)氫燃料電池汽車關(guān)鍵零部件材料近些年在快速發(fā)展，例如催化劑、膜電極以及質(zhì)子交換膜等，與國(guó)際水平相比，之間的差距在快速縮短。由于我國(guó)氫燃料電池催化劑的研發(fā)起步較晚，在氫燃料電池材料級(jí)的使用方面還存在比較明顯的差距，需要加大相關(guān)的研發(fā)力度。

4 我國(guó)政府對(duì)氫燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)劃及開(kāi)發(fā)態(tài)度

4.1 我國(guó)政府對(duì)氫燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)劃

在政府的大力支持、科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)共同推動(dòng)下，我國(guó)燃料電池汽車在各項(xiàng)技術(shù)上取得了很大地發(fā)展，燃料電池汽車產(chǎn)量也快速增加。2017 年，我國(guó)共有8 個(gè)品牌10 個(gè)車型的氫燃料電池汽車在產(chǎn)，產(chǎn)量較2016 年翻一倍，其中絕大多數(shù)是燃料電池乘用車。同時(shí)，2017 年，全國(guó)燃料電池汽車在運(yùn)營(yíng)數(shù)量也突破千輛。自此，政府部門也加大對(duì)氫燃料電池汽車規(guī)?；a(chǎn)的推動(dòng)力度，未來(lái)燃料電池汽車的運(yùn)營(yíng)數(shù)量將進(jìn)一步加速。按照相關(guān)規(guī)劃，到2030 年，我國(guó)的氫燃料電池汽車技術(shù)要與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平接軌，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?，F(xiàn)如今，由于我國(guó)大多數(shù)汽車制造生產(chǎn)企業(yè)在氫燃料電池汽車的研發(fā)上投入力度不足，氫燃料電池汽車在技術(shù)研發(fā)上進(jìn)展還不夠快，與國(guó)際先進(jìn)水平還存在著明顯的差距。

4.2 我國(guó)對(duì)氫燃料電池汽車的開(kāi)發(fā)態(tài)度

隨著國(guó)際上燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)也逐漸加快了關(guān)于氫燃料電池汽車以及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程。然而還是有很多因素制約著氫能源作為能量在汽車上的有效地利用。比如說(shuō)前文提到的關(guān)于氫能源的存儲(chǔ)、運(yùn)輸以及使用等技術(shù)上還不夠完善，使得氫燃料電池汽車的成本費(fèi)用成為制約其發(fā)展的主要因素。目前國(guó)內(nèi)一輛氫燃料電池汽車售價(jià)至少在百萬(wàn)元，同時(shí)由于加氫站的數(shù)量不足，氫氣儲(chǔ)存、運(yùn)輸有著很高的要求，使得燃料電池汽車使用成本也偏高。然而，氫能源作為一種清潔能源，符合我們國(guó)家的需要，氫燃料電池汽車依然是我國(guó)新能源汽車的重要車型。

5 燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展策略

5.1 完善形成完整的氫供應(yīng)鏈

目前，我國(guó)氫的制取主要來(lái)源于工業(yè)副產(chǎn)以及利用多余的電能電解水制取氫。氫的存儲(chǔ)、運(yùn)輸也有多種不同的形式，而如何高效、經(jīng)濟(jì)的輸送氫，還在積極的探索中，目前我國(guó)氫的存儲(chǔ)、運(yùn)輸企業(yè)還比較少，氫能源的供應(yīng)還不穩(wěn)定。

5.2 提升燃料電池汽車的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平

我國(guó)燃料電池汽車技術(shù)以及配套的基礎(chǔ)設(shè)施與國(guó)際上其他國(guó)家相比，還存在明顯的差距。因此，要想提升相關(guān)研發(fā)技術(shù)以及配套基礎(chǔ)設(shè)施的水平，我們可以這樣做：首先，通過(guò)科學(xué)分析，制定出有利于氫燃料電池汽車技術(shù)水平提升的具體方案；其次，國(guó)家相關(guān)部門、各省市出臺(tái)氫燃料電池汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展規(guī)劃。綜合比對(duì)氫燃料電池汽車與其他能源汽車之間的成本差異情況，為實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)；最后，需要加大對(duì)氫電池燃料汽車耐久性以及安全性的考核力度，根據(jù)實(shí)際情況作出有針對(duì)性的改進(jìn)。

5.3 完善零部件測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)

從當(dāng)前的燃料電池汽車標(biāo)準(zhǔn)體系來(lái)看，國(guó)產(chǎn)燃料電池汽車零部件的測(cè)評(píng)水平距國(guó)外還存在明顯的差距。雖然我國(guó)已經(jīng)推出了多項(xiàng)與氫燃料電池汽車相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，但是仍需要對(duì)其相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施、零部件以及系統(tǒng)等內(nèi)容進(jìn)行有效地完善。我們可以參照國(guó)外先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)，制定符合我們國(guó)情而又與國(guó)際接軌的標(biāo)準(zhǔn)體系，為氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

5.4 加大國(guó)家扶持力度和企業(yè)研發(fā)力度

我國(guó)對(duì)于燃料電池的發(fā)展，國(guó)家相關(guān)部門一直高度重視，為支持燃料電池汽車技術(shù)水平的提升，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了多項(xiàng)補(bǔ)貼政策用于燃料電池汽車的推廣。同時(shí)，致力于燃料電池汽車生產(chǎn)的企業(yè)也需要提升對(duì)于燃料電池汽車技術(shù)突破的嘗試力度，通過(guò)加大投入、引進(jìn)人才、對(duì)外合作，完善內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)等，提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5.5 加速產(chǎn)業(yè)化降低成本

氫燃料電池汽車成本居高不小的主要原因是規(guī)模太小，只有早日形成萬(wàn)輛等級(jí)的生產(chǎn)，才能形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，從而降低生產(chǎn)成本。這需要汽車制造企業(yè)、大型能源企業(yè)的投入，國(guó)家部門的牽頭，公共服務(wù)用車與私人用車共同推廣。也可以通過(guò)對(duì)燃料電池汽車關(guān)鍵零部件的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)零部件的產(chǎn)業(yè)化，從而降低燃料電池的成本，進(jìn)而降低整車成本。

6 結(jié)束語(yǔ)

作為新能源汽車的重要組成部分，氫燃料電池汽車對(duì)于能源以及整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求。在汽車企業(yè)中要加快對(duì)氫燃料電池汽車技術(shù)的應(yīng)用力度，進(jìn)而為能源的節(jié)約、環(huán)境的保護(hù)以及資源利用率的提升做出貢獻(xiàn)。針對(duì)當(dāng)前我國(guó)氫燃料電池汽車在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，政府以及汽車行業(yè)需要采取有效地措施，加強(qiáng)對(duì)燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)水平的提升以及相關(guān)配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，從資金、技術(shù)、人才等多個(gè)方面為企業(yè)提供有效地幫助與支持，最終推動(dòng)氫燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。