钜大LARGE | 点击量：663次 | 2021年11月05日
衣宝廉院士：对我国燃料动力电池发展的思考与几点建议
燃料动力锂电池的发电原理跟锂离子电池类似，都是基于电化学原理，而工作方式却是按内燃机工作方式发电，要构成一个燃料动力锂电池发电系统，这个系统除了燃料动力锂电池模块外，还要包括反应气（氢气、空气）供给、水热管理、电控等子系统。
推进燃料动力锂电池商业化
从过去到现在，全球燃料动力锂电池汽车走了几个阶段。第一阶段，设想的很乐观，但燃料动力锂电池应用于汽车上之后，受汽车工况影响，性能衰减很快。第二阶段，重要解决燃料动力锂电池的可靠性、耐久性问题。因为工况比较复杂，这一阶段经历了七八年时间，基本上解决了这些问题，燃料动力锂电池寿命也达到了要求。现在进入了第三阶段，重要是进一步降低成本和铂（Pt）用量，同时加快加氢站的建设，实现燃料动力锂电池汽车的商业化。
燃料动力锂电池汽车的门槛比较高，为了攻克燃料动力锂电池产业化的问题，国际上形成了三大联盟，共同解决这些技术问题。2015年丰田的“未来”燃料动力锂电池汽车已经宣布实现了商业化，订货已经接近1500辆。同时，丰田为了促进燃料动力锂电池汽车在全世界尽快商业化，宣布两个重大措施，一个是专利公开，再一个是产品关键材料和部件可以向世界其他厂家出售。特别是后一件事情，对其他国家燃料动力锂电池尽快实现商业化的用途很大。
从国际上来看，燃料动力锂电池汽车现在进入一个商业化的导入期。燃料动力锂电池汽车的重要技术问题已经基本解决，限制燃料动力锂电池汽车大规模商业化的还有两件事情，一个是加氢站的建设，另一个是进一步提高燃料动力锂电池的可靠性和耐久性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
同时降低铂用量也是关键突破点。使铂的用量能跟汽车尾气净化器的贵金属用量差不多，这样才能实现全面商业化。降低成本的重点是生产线的建立，现在燃料动力锂电池汽车还不能像燃油车那样一分钟一辆在生产线上进行生产，所以生产线（包括整车和各个关键零部件的生产线）的建立还是很艰巨的一个任务。
燃料动力锂电池技术取得进展
我国从“九五”期间就做了准备工作，现在已经发展到“十三五”，这期间我国自主研发的燃料动力锂电池汽车参加了北京奥运会、新加坡世青赛、美国加州示范和上海世博会等，200多辆车参加了示范运营，效果明显，完成了国家任务。
在奥运会、世博会之后技术进一步取得进展，Pt@Pd核壳催化剂已用于燃料动力锂电池发动机，铂用量得到进一步降低。在膜材料方面，为了提高稳定性，制备了PTFE增强的复合膜，并加入了自由基淬灭剂，延长了膜的寿命。
同时，我国正在研究有序化的电极，利用阵列二氧化钛纳米棒或纳米管为担体的有序化电极，铂用量得到进一步很低，但是性能还不能满足汽车的要求，这方面还要进一步努力。
在系统方面，我国采用混合动力、电-电混合的路线，减少了燃料动力锂电池受车用工况的冲击，延长了燃料动力锂电池的寿命。此外也进行了空压机的研究，但是现在空压机的可靠性和耐久性还有待进一步改进。在高压储氢瓶方面，35MPa的氢瓶已用于装车，70MPa的储氢瓶正在研制过程中。大连化物所研制的下一代燃料动力锂电池发动机系统已经达到300W/kg的技术水平。
提高协同创新能力
基于目前我国新能源汽车发展现状和技术创新能力，燃料动力锂电池汽车下一步怎么发展？这里提出几点建议。
第一，从国内来说，燃料动力锂电池用的各种关键材料和零部件，测试性能和实用性能都达到了国际水平，但是现在还不能实现商业化，原因就是没有建立批量生产线。因为国内燃料动力锂电池关键部件还没有形成一个很大的市场，这是我们发展燃料动力锂电池汽车的一个关键问题。还要公司家投入，建立关键材料和关键部件小批量生产线，使关键材料的供给立足于国内。
第二，国内原来研究电堆重要重视提高电堆的重量比功率、体积比功率，现在我认为，重点应该转向提高电堆的可靠性和耐久性，因为它是燃料动力锂电池发动机可靠性和耐久性的基础。
第三，要把如何减少燃料动力锂电池在车用工况下衰减的基础研究成果，与燃料动力锂电池发动机生产公司联合起来，把这些过程通过控制程序和零部件在整车上实现，这样使燃料动力锂电池发动机在整车上整个系统寿命能够达到5000至10000小时。
第四，除关键材料外，我国还有几个关键部件（如空压机）暂时可以外购，但从长远角度看，要进行深入研究，实现国产化。
另外，高压氢气瓶国内只有35MPa的，假如要实现续驶里程六七百公里，就要在70MPa。当前国内加氢站只有3座，要在重要示范城市逐步建立加氢站，这样燃料动力锂电池汽车才能在各个城市普及起来。
最后一件事情，国家要对催化剂和电极进行深入的研究，能够做到铂用量轿车在5克左右、大巴车在10克左右，最终实现0.1gPt/kW目标，当然这是很具有挑战性的工作。
不得不承认，燃料动力锂电池实现商业化的门槛比锂离子电池高得多，要建立批量生产线解决制造的一致性问题，这是全世界都要关心并要合作解决的重大问题。
我认为，在国家大力支持下，依靠国内外科技界、公司界合作，预计在2020—2025年，我们能突破这些关键技术，使燃料动力锂电池汽车进入S型曲线的起始阶段；大幅度提高要在2025—2030年之间；燃料动力锂电池汽车要实现盈利估计还要5年左右的时间。
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