钜大LARGE | 点击量：452次 | 2022年09月24日
燃料动力锂电池进入商业化应用阶段生产线、成本、加氢站是关键
面对全球能源紧缺和环境污染的挑战，加快推进实现清洁低碳发展重要途径的氢能和燃料动力锂电池的研发应用，成为新能源汽车行业亟待攻克的难题。
目前，很多发达国家已经将燃料动力锂电池视为涉及国家安全的技术、国家支柱产业，列入了国家重点研究项目。
那么，当前的燃料动力锂电池技术及应用发展水平究竟如何？其推广应用面对什么问题？我国燃料动力锂电池行业该如何破局发展？在此次展会上，本报记者就以上问题采访了我国燃料动力锂电池研究开拓者之一、我国工程院院士、我国科学院大连化学物理研究所技术带头人衣宝廉。
实现燃料动力锂电池产业化每千瓦铂用量需降至0.1克以下
我国电力报：燃料动力锂电池的特殊性和关键工艺是什么？其新能源汽车应用技术水平如何？
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%
衣宝廉：与锂离子电池、锌锰干电池等相比，燃料动力锂电池的特殊性在于，其以电化学原理发电，以内燃机方式工作。确切地说，它是一个系统，电池只是能源转换的地方，通过供给氢气与空气，氢气和氧气在电池内部发生电化学反应，将化学能直接转换为电能，再把化学反应出现的废热和水排出来。
一节燃料动力锂电池的工作电压在1伏左右，而航天用、小汽车用、大巴用的工作电压约分别为28伏、300伏和600伏，这就要最多把近1000节的燃料动力锂电池按压滤机方式组合起来应用。因此，同所有的二次电池相同，各节燃料动力锂电池的一致性问题是至关重要的。
当前，世界各大汽车公司都推出了燃料动力锂电池概念车，他们表面上是在较量燃料动力锂电池小轿车应用技术，实际上都在极力攻克燃料动力锂电池大巴、轻轨甚至是高铁应用技术，因为它们对加氢站的依赖低，而依赖越低越有利于燃料动力锂电池汽车的产业化。
目前，燃料动力锂电池功率密度已经达到内燃机水平，装备70兆巴氢瓶的燃料动力锂电池汽车可行驶700千米，加氢耗时小于5分钟。燃料动力锂电池大巴、轿车的寿命分别约达到1.8万小时和5000小时。
以当前的原料价格计算，生产50万辆燃料动力锂电池汽车的燃料动力锂电池价格约为49美元/千瓦。此前，业内有燃料动力锂电池发展受“铂”限制的说法。事实上，在国际上，燃料动力锂电池每千瓦的用铂量已经从1克降到0.2克，我国每千瓦的用铂量也降到了0.4克，但是，要实现其产业化，这一用量要降到0.1克以下。
应用进入商业化阶段生产线、成本、加氢站是关键
我国电力报：请结合我国燃料动力锂电池新能源汽车应用发展介绍，燃料动力锂电池应用市场发展面对什么问题？
衣宝廉：我国最早在2007年上海比比登竞赛上，展示了自主生产的燃料动力锂电池汽车。在2008~2010年期间，先后有自主生产的23辆燃料动力锂电池汽车在奥运会期间试运行，自主生产的16辆燃料动力锂电池汽车在美国加州试运行，自主生产的1辆燃料动力锂电池大巴参加新加坡世青会，196辆燃料动力锂电池汽车在上海世博会期间示范运行。
上海世博会期间试运行的车辆包括了美国通用生产的30辆燃料动力锂电池轿车。通过比较运行情况发现，我国生产的燃料动力锂电池汽车的性能、可靠性不比通用的差，但其寿命不如通用的。
2014年，上汽集团推出了燃料动力锂电池汽车荣威950，并参加了创新征程———2014新能源汽车万里行，运行效果良好。当前，宇通也推出了第三代燃料动力锂电池客车，福田在奥运会期间就做了燃料动力锂电池大巴，上海大通也公布了燃料动力锂电池汽车，中车目前在做的是用燃料动力锂电池给超级电容器充电的新能源汽车。
不过，比较全球燃料动力锂电池汽车发展历程来看，我国燃料动力锂电池的技术研发及应用水平，整体落后于国际水平。
当前，全球燃料动力锂电池汽车发展经历了3个阶段：1990~2005年，加拿大Ballard公司生产了3辆燃料动力锂电池大巴，在美国芝加哥试运行1个月之后全部垮掉，暴露出了燃料动力锂电池不适用于汽车工况的致命问题；2005~2012年，业界解决了燃料动力锂电池汽车工况适应性的问题，并将燃料动力锂电池性能提升到2千瓦/升，可在零下30摄氏度环境中正常启动，使燃料动力锂电池基本上满足了车用的要求；2012年至今，燃料动力锂电池汽车进入商业化导入阶段，2014年十二月十五日，丰田汽车宣布旗下的“未来”车开始商业化应用。
但是，截至目前，丰田汽车并没有建设批量生产线，1天仅能生产3辆燃料动力锂电池汽车。
因此，从国际市场来看，燃料动力锂电池汽车市场已经进入商业化导入阶段，但是，推动其商业化应用发展，关键还要进一步建立生产线，降低成本，建设加氢站。
需实现关键材料配套生产进一步提升燃料动力锂电池寿命
我国电力报：就您看来，我国燃料动力锂电池及市场应用该如何破局发展？
衣宝廉：首先，实现关键材料的配套生产。催化剂、隔膜等关键配套材料在国外采购，导致我国燃料动力锂电池发动机价格比国外贵。我国已经掌握了先进的配套材料技术，但由于燃料动力锂电池生产未形成良性循环，公司不愿投资生产。
其次，提高电堆、电池系统的可靠性、耐久性。我国燃料动力锂电池汽车的初性能不比德国、日本等国家差，但可靠性、耐久性不如他们，希望研究工况下燃料动力锂电池衰减机理的科研单位与电堆、电池系统生产公司真诚合作，进一步提升燃料动力锂电池寿命。
再次，加快研发燃料动力锂电池系统用空压机、氢瓶，建设加氢站，并大幅度降低成本。
近20年来，我国空压机技术研究至今没有大的突破，建议采用引进、合资建厂的方式研发生产。我国的氢站建设取得了一定成果，但经济效益欠佳，建议协同发展燃料动力锂电池汽车和加氢站建设，例如，先发展燃料动力锂电池大巴，再发展燃料动力锂电池轻轨和高铁。目前，我国正在攻关70兆巴氢瓶技术。
第四，加速轿车用燃料动力锂电池开发，这是各大汽车公司比拼燃料动力锂电池应用技术的关键。燃料动力锂电池轿车的要求是重量比功率和体积比功率，在这一方面，我国还要突破高性能低电阻、薄金属双极板制备技术和纳米薄膜有序化电极制备技术或3D流场技术。
第五，加速示范运行和安全试验。上海世博会后，我国燃料动力锂电池汽车示范运行基本处在停滞状态，今年启动的联合国环境开发署资助的大巴示范运行是一个好的开始。
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