国际氢能燃料电池展获悉,近日,中国氢能联盟战略指导委员会委员,中国工程院院士衣宝廉在公开场合发表演讲时指出:“氢能车只有降到30元以下才能与燃油车竞争。要实现无补贴的燃料电池车商业化,必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气的成本,同时降低加氢站的建设费用。”
中国氢能联盟战略指导委员会委员,中国工程院院士衣宝廉
衣宝廉院士进一步解释道:“燃料电池发动机比较贵,导致燃料电池车的售价是燃油车的2倍多。如果是重载车,能达到燃油车3倍,锂离子电池车的1.5倍。加氢站的建设费用在1200万~1500万,高压加氢站建设费用达到2000万。如果政府不补贴,加氢站的加氢费用每公斤高达60~70元。要想把燃料电池车做到商业化程度,首先要降低电堆的成本,电堆的成本占燃料电池发动机系统成本的一半左右。”
降低燃料电池成本有两种途径
衣院士认为,降低燃料电池成本有两种途径。第一个途径是提高电堆的比功率。“九五”开始时,我国的电堆每平方厘米500毫安,到了“十一五和十二五”提到1安培,到“十三五”提到1.5安培到2安培,电堆的成本下降了1倍多。现在人民寄希望于减少氧的传质阻力,同时把电堆的工作电流密度提4到5安培,即把电堆的成本再降一半,由现在的1000-1500元降到500-750元。
另外一个途径是实现关键材料与部件的批量生产。据美国能源部测算,如果燃料电池产量达到1万辆的时候,成本能降到50%~60%。到2025年,如果既把电流密度提高,又实现了批量生产,电堆费用就可以降到500元以下,发动机的系统成本可以降到1000元以下。
把燃料电池发动机装到车上,是按工况运行的。工况导致了电堆衰减,所以上世纪末运行的三台大巴,寿命不到1个月。主要是由工况导致的电流波动、电压波动、温度波动、湿度波动、压力波动,加载、降载、停车、低温停放和启动导致电堆衰减很快。
通过技术人员20多年的研究,在克服动态工况方面已取得了突破,快速加载方面,采用混合动力,同时限制高电位,解决启动与停车、氢腔积水、低温储存和启动等问题,所以燃料电池能在近似稳定的条件下运行,寿命已经达到了1.8万小时;下一步还要进一步改进燃料电池电堆的气体分配,提高单电池的一致性,将寿命提到3万小时,满足重载车的要求。
提高燃料电池发动机的性能有三大建议
对于如何提高燃料电池发动机的性能,衣院士有三大建议。
第一方面,改进组装工艺,大幅度提高电堆一致性,让电堆在更高的电流密度下稳定工作,进而大幅度提高电堆的比功率,让同一电堆输出更多功率,达到大幅度降低电堆成本。
第二方面,研发抗毒的氢氧化电催化剂,让燃料电池可以用粗氢做燃料(即可以用副产氢做燃料),大幅度降低燃料电池车运行成本,达到能与燃油车或锂离子电池车运行成本竞争。
第三方面,依据应用基础研究结果,改进电池系统与控制策略,提高燃料电池系统在工况运行下的可靠性与耐久性,达到保质期的要求。
在最后的总结阶段,衣院士表示:实现燃料电池关键材料和部件国产化、批量生产,同时提高电堆的比功率,就可以大幅度降低燃料电池发动机成本,进而降低燃料电池车的成本。靠技术创新,提高工作电流密度和简化系统,采用超低铂有序化电极大幅度降低铂用量,将燃料电池车的成本降到锂离子电动车水平。
大力发展可再生能源,电解水制备绿氢,采用天然气或纯氢管网输送氢气,研发并使用抗毒氢氧化电催化剂,加氢站氢源成本降至30元/公斤以下,燃料电池车的运行费用就可以和燃油车相竞争。
实现高压储氢瓶和加氢机等国产化和批量生产,建油、氢、电合建站,就可大幅度降低加氢站的费用。在加氢站达到一定的密度,再示范商业化乘用车。
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