氫能源對(duì)鋰電池行業(yè)發(fā)展的推動(dòng)效應(yīng)研究

楊曜光

（西安衛(wèi)光氣體有限公司，陜西 西安 710065）

1 氫能源產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)下游鋰電池技術(shù)研發(fā)影響

氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈包括上游氫氣制備、氫氣運(yùn)輸儲(chǔ)存、動(dòng)力鋰電池應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)。

氫氣制備包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫(甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等)和新興制氫方法(生物質(zhì)、光化學(xué)等)等多種途徑；氫氣儲(chǔ)存包括氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)合金儲(chǔ)氫三種方式，運(yùn)輸管道運(yùn)輸?shù)确椒ㄍ緩健?/p>

動(dòng)力鋰電池涉及質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散材料、催化劑等多種零部件和關(guān)鍵材料；

燃料電池應(yīng)用包括便攜式應(yīng)用、固定式應(yīng)用、交通運(yùn)輸應(yīng)用[1]。

在氫能產(chǎn)業(yè)鏈上，我國(guó)氫能上游產(chǎn)業(yè)具備一定優(yōu)勢(shì)，制氫規(guī)模已居世界首位，利用礦產(chǎn)資源制氫和堿性電解水制氫方面具有特色和優(yōu)勢(shì)[2]。

但在可再生能源制氫技術(shù)等方面與國(guó)外相比有較大差距；我國(guó)固定式高壓儲(chǔ)氫技術(shù)和固態(tài)儲(chǔ)氫材料研究處于國(guó)際先進(jìn)水平，但在高壓儲(chǔ)氫及氫運(yùn)輸方面仍落后于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，難以滿足商業(yè)化條件。

基礎(chǔ)設(shè)施加氫站數(shù)量方面，從國(guó)家的角度來(lái)看，2018年日本憑借96座加氫站位居全球第一；德國(guó)和美國(guó)分別排名第二和第三，但在加氫站數(shù)量擁有量上同日本的差距依然較大。但日、德、美三個(gè)國(guó)家加氫站共有198座，占全球總數(shù)的54%，也顯示出了三國(guó)在氫能與燃料電池技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展及絕對(duì)領(lǐng)先地位。此外，中國(guó)加氫站數(shù)量為23座，排名也相對(duì)靠前，位居全球第四。

2 清潔能源開(kāi)發(fā)彌補(bǔ)鋰電池行業(yè)發(fā)展短板

盡管氫能是最清潔的能源，成為能源領(lǐng)域一顆冉冉升起的新星，但不可否認(rèn)的是氫能的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化目前仍然面臨著許多阻礙。其中，最大的阻礙有以下兩點(diǎn)：

一是氫能使用便利度不夠高，導(dǎo)致燃料電池汽車(chē)使用的局限性非常大。作為氫能商業(yè)化的關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施，加氫站的發(fā)展決定了燃料電池工業(yè)發(fā)展的上限。截至2018年底，我國(guó)仍在運(yùn)營(yíng)的加氫站僅23座，過(guò)少的加氫站數(shù)量非常不利于燃料電池工業(yè)上的普及推廣。

二是氫能利用綜合成本過(guò)高。作為一種新興的清潔能源，氫能在中國(guó)離獲得成本優(yōu)勢(shì)還有很遠(yuǎn)。特別是在分布式使用的場(chǎng)景下，由于技術(shù)不成熟且產(chǎn)量稀少，燃料電池在工業(yè)上的生產(chǎn)、維護(hù)成本高，而氫氣的制備、運(yùn)輸、儲(chǔ)存成本同樣較高，也就提升了燃料電池的使用成本。因此，高昂的成本也成為阻礙我國(guó)氫能發(fā)展的另一大阻礙。

而行業(yè)要想跨過(guò)這兩道阻礙，離不開(kāi)國(guó)家政策上的支持。從政策上面來(lái)看，進(jìn)入21世紀(jì)后，中國(guó)及全世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家均制定了發(fā)展規(guī)劃，近10年來(lái)相關(guān)政策持續(xù)推出，2019年更是首次寫(xiě)進(jìn)了《政府工作報(bào)告》，要求“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。

得益于國(guó)家的政策利好及支持，中國(guó)的燃料電池技術(shù)已初步掌握了整車(chē)、動(dòng)力系統(tǒng)與核心部件的核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)。在產(chǎn)業(yè)鏈配套方面，我國(guó)初步形成了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、DC/DC變換器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件的配套研發(fā)體系，實(shí)現(xiàn)了小批量動(dòng)力系統(tǒng)與整車(chē)的生產(chǎn)能力。

2019年6月，由國(guó)家能源集團(tuán)牽頭，聯(lián)合17家企業(yè)、高校和研究機(jī)構(gòu)發(fā)起的中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布了《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》，提出了中國(guó)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)總體目標(biāo)。

根據(jù)白皮書(shū)公布的目標(biāo)，氫能將成為中國(guó)能源體系的重要組成部分，預(yù)計(jì)到2050年氫能在中國(guó)能源體系中的占比約為10%，年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值超過(guò)10萬(wàn)億元，交通運(yùn)輸、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)氫能普及應(yīng)用。

3 技術(shù)現(xiàn)狀分析：行業(yè)技術(shù)取得全新突破

圖1 2011年～2019年前8月中國(guó)氫能源相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量及占發(fā)明專(zhuān)利比例統(tǒng)計(jì)情況

在政策層面的扶持下，自2016年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)氫能源專(zhuān)利數(shù)量迅速攀升，發(fā)明專(zhuān)利數(shù)量占比也同步提高，2018年達(dá)到峰值，為171件，其中發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)量占比91.4%。截至2019年8月底，中國(guó)氫能源相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量共計(jì)774件，其中發(fā)明專(zhuān)利占比高達(dá)56.3%。

在氫能源領(lǐng)域，技術(shù)難點(diǎn)一直在燃料電池系統(tǒng)及其關(guān)鍵零部件上。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研發(fā)與積累，我國(guó)在質(zhì)子交換膜、催化劑、雙極板、機(jī)械設(shè)備用鋰電池控制系統(tǒng)、儲(chǔ)氫瓶等領(lǐng)域都已經(jīng)具備優(yōu)質(zhì)的制造企業(yè)，其他關(guān)鍵部件領(lǐng)域也初步具備量產(chǎn)實(shí)力。

目前國(guó)內(nèi)的億華通、新源動(dòng)力在鋰電池系統(tǒng)核心技術(shù)方面都接近國(guó)際先進(jìn)水平。2019年4月，中國(guó)科技大學(xué)成功制備了釕單原子合金催化劑，有效解決了高效廉價(jià)電解水制氫世界性難題，標(biāo)志著中國(guó)向氫能廣泛應(yīng)用的綠色未來(lái)邁進(jìn)了一大步。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)氫能源的使用對(duì)鋰電池技術(shù)發(fā)展、節(jié)能減排環(huán)境保護(hù)等方面具有重要意義，但是在相關(guān)技術(shù)應(yīng)用上我們與其它國(guó)家有一定差距，因此需要健全能源配套機(jī)制，制定鋰電池鋰電池生產(chǎn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)清潔型能源利用的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。