辩“氢”丨燃料电池怕中毒？电堆成本太贵？何时能打破国外技术垄断？-北极星氢能网

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如今，日本、美国、欧盟、韩国等国相继公布了氢能及燃料电池汽车发展战略，并将氢能作为清洁能源转型和培育经济新增长点的重要方向之一。

我国是世界上最大的制氢国，氢气来源丰富。但在氢能应用方面，尤其是燃料电池动力系统与发达国家相比差距较大。目前。国内专家对此百家争鸣，各抒己见，让我们一起跟随专家脚步，上下求索未来发展重点。

节选：氢能经济安全性正反观点分析

燃料电池

燃料电池（Fuel Cell）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

（一）正方观点

中国科学技术大学

中国科学技术大学教授路军岭、韦世强、杨金龙等课题组密切合作，研制出一种新型催化剂，攻克了新能源汽车——氢燃料电池汽车推广应用的关键难题：解除氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机，延长电池寿命，拓宽电池使用温度环境，在寒冬也能正常启动。

该研究成果在线发表在国际权威学术期刊《自然》上。作为氢燃料电池汽车的“心脏”，燃料电池铂电极容易被一氧化碳杂质气体“毒害”，导致电池性能下降，寿命缩短，严重阻碍氢燃料电池汽车的推广。中国科学技术大学研制出的新型催化剂，廉价且具有高活性、高选择性的一氧化碳优先氧化催化剂，既可以提供机载燃料电池的全时保护，也可以为工厂高纯氢气制备提供有效手段。解除氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机，延长电池寿命，拓宽电池使用的温度限制，确保其在寒冬也能正常启动。这些发现可能会大大加速氢燃料电池汽车时代的到来。

2、科技日报：氢燃料电池催化剂实现量产打破国外垄断

2018年5月，科技日报记者从清华大学核能与新能源技术研究院新型能源及材料化学研究室获悉，燃料电池关键材料催化剂产业化生产难题，已被清华大学氢燃料电池实验室与武汉一家科技公司的联合研发团队攻克。团队开发了催化剂制备工艺开展Pt/C 催化剂的量产技术。目前，该催化剂获得17项专利，产能达到每天1200克，可满足40台36kW燃料电池电堆使用，并具备大规模工业化生产条件。该系列成果彻底打破少数国家对该技术的长期垄断，且价格仅为同类进口产品一半。

3、王朝云：批量化生产后可以降低成本

燃料电池电堆由多个单电池、集流板、绝缘板、端板等组成，其中催化剂和双极板的成本占比较高。目前我国电堆生产主要采用手工制作，裸电堆价格约5000元/kw，电堆系统1.5万元/kw，批量化生产后裸堆价格将在800-1000元/kw。

明天氢能董事长王朝云表示：“目前，实验室用的上百台金属双极板属于试生产产品，生产不连续、成品率不高、成本很贵。但是从实验室走向工厂，规模化生产后会大幅降低成本。购买一台空气压缩机是18万到23万，现在做的前10台，就控制在3万块钱之内。”

（二）反方观点

1、杨裕生：催化剂容易中毒

目前燃料电池仍采用“铂”催化剂，不仅价格高，而且对氢以及助燃的空气要求很高。中国工程院院士杨裕生举例说，我国曾进口了两台德国的氢燃料电池电动公交车，原计划在北京郊区行驶两年，结果才行驶一年就用坏了6台燃料电池发动机。本来计划好的实验才过了一半时间就草草收场。

德国方面将其归咎于北京的空气污染太严重，输入的助燃剂空气里含有过多的硫化物、一氧化碳、氮化物，造成铂催化剂中毒，降低了燃料电池的发电性能。不仅如此，雾霾中含有的固体颗粒和空气中的灰尘也容易堵塞燃料电池。因此，杨裕生指出，氢燃料电池的研究必须考虑空气污染的问题。但空气纯化装置势必会抬高价格，使原本就复杂的动力系统更加复杂。

2、关键材料和技术与国际差距明显

近年来，我国加大力度鼓励氢能产业发展，在电堆技术和零部件等方面已取得积极进展。但与先进水平相比，我国在核心技术、关键材料和装备制造等方面相对落后。其结果是，氢能产业链各环节成本较高，商业化推广仍十分困难。

电堆中的催化剂、质子交换膜、炭纸，以及加氢设备中的压缩机、加氢枪、高压阀件、碳纤维等关键材料和零部件大多依赖进口，国产膜电极、双极板、空压机、循环泵等性能与国外差距较大，产业技术标准和检测认证体系仍不能满足发展需要，大量核心专利掌握在美、日等国的企业手中。

3、氢燃料电池汽车产业化大批量生产需要漫长的时间

从国际上来看，根据业内的划分，氢燃料电池动力汽车到现在可以分为三个发展阶段：

第一阶段是1990年到2005年，从1990年美国能源署开始制订氢能和燃料电池研发和示范项目开始；

第二阶段是2005年到2012年，用了7年时间解决了燃料电池的工况适应性问题，在实验室层面满足了车用要求；

第三阶段是2012年到现在，以丰田等公司为代表，推出燃料电池商业化车。

可以看到，从1990年到2019年，氢燃料动力电池产业仅从立项到少量的示范性商业化汽车落地，就已经用了近30年的时间。

电堆系统

电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。其中双极板由金属板或石墨板或复合板以及密封材料组成；膜电极由质子交换膜、催化剂、气体扩散层组成。

（一）正方观点

1、实现燃料电池全产业链完全自主化

目前，我国燃料电池用的催化剂、扩散层用碳纸、质子交换膜等应用基础研究的样品测试已达到国际水平，但没有建立生产线不能提供批量产品。

国家电投已完成氢燃料电池相关催化剂、扩散层、膜电极、双极板、电堆组装、系统控制、空压机等系统设备自主研发，实现燃料电池全产业链完全自主化。

2、电堆成本下降空间大

业内曾有一个普遍说法，中国谁能率先将燃料电池车做到万辆级别，就能将电堆成本降低至现有成本的2.5%左右，谁就能将占领中国70%的市场。

日本氢能社会提出，到2025年燃料电池电堆系统成本要从2万日元/kW降至0.5万日元/kW(注：10000日元约等于600元人民币左右)。最大功率密度要从目前的3.0kW/L提高到2030年的6.0kW/L，续航里程要从2020年650公里提高到2030年800公里。

（二）反方观点

1、电堆关键材料依赖进口

电堆是燃料电池的电能来源，也是燃料电池中最为关键的部分，成本占比高达 62%。以氢燃料电池为例，国产燃料电池产品成本高，总体功率密度、系统功率、耐久性还较低，质子交换膜、催化剂、膜电极等燃料电池关键材料和高压比空压机、氢气循环泵等系统关键设备进口依赖度高，且生产能力不足，产品价格较高。

2、电堆利润高但技术在国外

我国尚未突破关键技术，氢燃料电池汽车产业链利润大都在上游电堆环节，核心技术在国外。而这些国家在技术研发上投入多年尚未获得回报，正面临成本亟需摊薄困境。此时我们大规模敞开市场，必将导致产业链利润大幅外流，出现“花自己的钱，帮别人开拓市场”的尴尬局面。当国际经贸关系不佳时，极易受制于人。因此，终端市场推广应与我自主创新进度相匹配。

原标题：辩“氢”（三）|燃料电池怕中毒？电堆成本太贵？何时能打破国外技术垄断？

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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