燃料电池作为汽车动力具有哪些特点

锂电世界讯，1月11-13日，中国电动汽车百人会论坛（2019）在北京钓鱼台国宾馆召开，加拿大滑铁卢大学李献国教授发表了主题演讲，演讲内容如下：

各位嘉宾，尊敬的欧阳院士，尊敬的衣院士，大家早上好！很高兴有机会第一次参加中国电动汽车百人会的会议，谢谢欧阳院士的邀请，谢谢衣院士的提携，我们在这个领域做了一些工作，本来想向大家汇报一下，后来发现大家技术专业讲了很多，想轻松一下，我刚才想加几张图片，不过没有时间没有加进去，所以我们轻松环节就没有了。

燃料电池作为一种技术，刚刚王海江院士介绍了它的来龙去脉，历时很多，我中间可能会加入一点。我们主要是讲汽车动力，汽车动力其实有好多种，汽车动力以外我们燃料电池汽车在这里边有什么特点、有什么技术上的问题，燃料电池作为汽车动力是怎么一回事，最后向大家汇报一下我们20多年在燃料电池方面做的一些工作。

汽车动力其实大家知道，内燃机现在是主力，电动车、动力电池汽车，中国很有意思叫新能源汽车，一会儿我会讲，其实并不讲，另外是燃料电池，还有一些别的汽车动力大家在介绍，最后大家探讨一下一些别的做法。

第一辆电动车是1834年开始做成的，看着比较简单，可是燃烧发动机至少要50多年以后，半个世纪以后才被发明，也就是说电动车打遍辩天下无敌手有半个多世纪。可是往前走的时候，走到大概1900年，其实到1930年，在美国大街上跑的电动车比内燃机的车还要多，可能慢慢被取代了。当时电池主要是镍铁电池，那个电池当时就有三大技术问题，续驶里程不够、充电时间太长、温度对它影响太大，冬天开车的时候没有动力，也就是我们现在新能源汽车所碰到的问题。如果再往前走，电动汽车第二次高潮是70年代，由于中东以色列和阿拉伯国家的战争，美国西方站在以色列一边，所以世界石油输出国包括中东国家说我不卖油了，结果西方世界没有石油储备，汽车走不动了。怎么办呢？我们能不能开发一种技术不需要油的，技术很成功，就是铅酸电池，大家知道铅酸电池的性能不够。后来战争结束，油又便宜了，电动车又不做了。

这次是由于环境问题，说是环境问题，其实还是经济问题，因为2008年奥巴马第一任政府刚上台的时候，美国汽车工业出现危机。美国通用破产了，福特只有一个月的现金流，马上要破产了，美国汽车工业没有了，政府不可能不救汽车工业，因为汽车工业太庞大了，对国计民生影响很大，所以政府要投钱。政府不能随便投，得有理由，美国投钱，美国能源部，当时能源部是诺贝尔奖获得者，他自己做锂电池的，他把钱都投到做锂电池了。当时说的很明确，如果基督要教皇封你为一个圣人，你必须有五大优点，他说锂电池具有三大优点，我就达到了，比那个还容易，所以把钱都投进去了。美国是超级大国，他一做，日本、欧洲、中国全世界都跟着做电动汽车，所以电动汽车火的不得了，中国要弯道超车，现在全世界新能源汽车销售与保有量中国是占了世界的绝大部分。

经过我们电池技术发展，变成锂电池，它存在的问题一样，续驶里程不够、充电时间太长、环境温度影响太大。其实还有一个，我们锂电池能量密度提高了，能量密度一高了，就是安全问题。因为电池把能量转换装置和反应物都装在一起，汽车开不开，它的电化学反应一直在进行，安全问题大家都有看到。不管是国内国外，北京的使馆区三里屯那边都发生过，车停在路边，突然一下烧光了，安全问题有很多原因，其中有一个原因就是热管理的问题。

内燃机车也经历过这么三个过程，1880年代发明的时候很有意思，跟我们中国有关。他发明了四冲程发动机，他干什么？他没有工程背景，他是卖中国茶来养活家庭，有时间就去玩四冲程发动机，当时大家都不看好，当他发明出来申请专利了，所有公司都不买专利，他花八年时间打官司赢回来，花了20年，那时候没有精力了，我们搞技术的很辛苦，靠技术想要挣钱可能更难，当然也有机遇的问题。

造成的结果，大家有各种各样的观点。能源技术你的能量转换不可能100%，一定有能量损失，能量损失到环境去，对环境就是一个损害。如果超过环境承载能力，就造成永久损害，所以能源技术有好必有坏。从一个角度看它的优点，从另外一个角度看，它就是缺点，看你从哪个角度看，能源技术大家永远可以争论。

刚才说到汽车技术，我讲两个例子，其中一个是从日本出来的，那个车，大家都有经验，开车的时候你把车窗打开，手伸出去，有风。我们有风力发电，日本这个发明家很牛，在车顶上装一个风机，发的电来开车不很好嘛。大家吓一跳，可是有钱的人并不一定懂技术，照样有人往里投钱，做了上千台车。在咱们国家改革开放初期有，用水变油，用水来开车。我们不讲中国，讲世界科技发达的国家，美国1992年的时候，这个哥们也是一个科学家，他能把水变成油，很有科学家的味道，开始发电厂都不开始烧煤，也不开始烧天然气，用水来做燃料。这是美国的商业周刊比较严肃的报道他的创造发明，结果花了几千万美金，八年以后，终于意识到这是一个不行的技术。

水变油到此结束吗？没有，到08年到了日本，当时刚好是在西方工业国首脑会议前一个星期，全世界媒体都在日本的时候，日本一个公司搞了一个记者招待会，他有一辆车是用水就能开车，他的董事长很得意，他喝的茶倒在他的车油箱里面，车开走了。水进来，氧出来，那边氧进来，水出去，如果把氧一连起来，循环了，水进来水出去，变成电就能开车了，多么神奇的技术，但是你知道不太可能。汽车发明创造技术很多，不限于国内，也不限于国外，也不限于科技发达，也不限于科技不发达，在于你能不能讲，能讲到有钱人给你钱，你就是好技术。几年以后，那是另外一回事了。第一、第二永动机永远做不成的，如果我们大家有点技术背景的，就不会花那个时间，因为你拿了钱也永远，永远挣不到钱，只能骗点钱。

燃料电池汽车面临的问题，大家都知道，氢作为燃料的话，它从哪里来？怎么生产？氢在宇宙当中，丰富的元素，化合物最多是水，全世界70%的表面都被海洋覆盖。水大家知道碳氢化合物燃烧生成二氧化碳与水，二氧化碳与水的能量是最低的，你要把水分解变成氢与氧，你要花更多的能量进去才能把它们分解。能源的效率和你的经济性怎么来考虑？这是一个问题。

氢作为一种物质，世界上绝大部分的国家包括咱们国家也是做危险化学品的管理，安全要求很高，不光是加氢站，汽车停车场，要求很高，成本很高。另外一个，它作为一种危险化学品，所以它的税收跟燃料税不一样，造成政府的政策必须要培育它，光是技术发展没有用。另外，刚才也有讲到，在美国克林顿当总统的时候，八年把所有可能用的技术给钱给你做，八年任期结束的时候，再回去一看，发现唯一的技术在汽车上，有可能成为一个内燃机替代的技术，就只有燃料电池，其他的全都不行。当时做的其中一个方向，在汽车上用液态的燃料，变成氢气，生成一氧化碳还有其他的一些醇的物质，对燃料电池有毒化作用，这个问题一直很难解决。后来就想用氢气，其实不一定用氢气，我们用任何东西，只要里面的能量比二氧化碳、水高的，你就可以直接电化学生成电，驱动汽车。大家有兴趣可以查一查，60年的时候美国通用汽车做过，直接汽油燃料电池，把汽油直接电化学生成电，技术做出来了，很成功。很可惜，汽油分子太大了，电化学反应太慢了，性能特别差，是不可能的。为什么用氢气？因为氢气分子最小，电化学活性最高，所以我们现在的燃料电池要做使用，都去找氢气，而不找别的。有很多别的，包括甲醇、乙醇。

燃料电池作为汽车动力，这些问题可能我们大家都知道，不讲了。性能、寿命、成本的问题，这三个是相互关联的，这三个你让我达到两个目标，可以做到，三个同时达到，现在还没有人做到，因为它是相互关联的。我用一个最好的材料，性能又好，成本又低，寿命又长，问题解决了。其实1838年、1939年，威廉.格罗夫连续发表两篇文章，他被认为是燃料电池的发明者，他在那时候就意识到，他说我们用白晶成本太高，一定要用非白晶的催化剂。180年了，全世界多少电化学科学家、材料科学家，到目前为止还没找到。

我们也要做产业化，怎么办呢？我们材料、设计、制造，我们现在讲的要做产品，必须制造出来，可是制造工程目前还没有，比如催化剂要降低，降到0.1，制造工艺过程完全不一样，设计可能差不多，但是制造工艺完全变化了。我们学校在这些工程当中都有做，我们从系统开始，系统做到电端，发现要做流道，流道做完以后，发现主要的是膜电极，膜电极的关键是开发层，电池流动、氧气流动都是不均匀的，因为有流道的问题，流道本身没有好坏。刚才王院士讲到关于气体扩散层的厚度问题，其实没有一个最佳的厚度，只要跟电堆匹配，没有最好，只有更好，如何有坏的问题。

催化剂是一个主要的问题，从材料开始到最后的性能指标，中间这个制造过程，制造出来什么结构，这个结构能保证你的性能，怎么来达到，这就是一个关键的问题。如果你把这些东西都摸透了，不管用什么方法做，做出来的燃料电池性能都差不多。再往前走一步，燃料电池我可以大幅度降低，降低70%多，我的性能跟你那个高铂的还是一样，我用的是大的燃料电池，不是小的。我能做到最大电流3安培，还没到最大值，也许到1.5就已经很高了，现在超过3了不行，现在必须要建新的实验场地做下去。“十三五”的指标我们完全可以达到，没问题，我们根据需求去做寿命实验，做到三万多个循环才开始性能往下降，这都是可能的。我们可以设计膜电极，让它在流体流动不敏感，对湿度不敏感，湿度40%的时候，我最大输出功率密度还在0.8每平方厘米，比人家100%的性能还要好，我就可以做。我们学校做很多的模拟比较，燃料电池用的时候，在汽车上开开停停，就有不同的循环。我们做两千个循环，我们的模拟可以跟它很好的结合。有很多工作都可以做，因为时间关系，我走得比较快。