钜大LARGE | 点击量：1002次 | 2019年06月17日
燃料电池产业化最大障碍催化剂是
燃料电池能直接将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能，无须燃烧，因此转化效率可高达60%~80%，被认为是人类利用能源的终极形式。
但燃料电池目前还处在产业化前夕，全世界只有日本实现了家用燃料电池电站的商业化推广，还没有一个国家实现了车用燃料电池的商业化。
我国燃料电池领域唯一的院士、大连化物所研究员衣宝廉表示：燃料电池是氢能时代的能源系统，在不计成本的情况下，燃料电池的应用已较为成熟，“但是计成本的话，就出问题了”。
衣宝廉认为，目前燃料电池研究的重点应是发展催化剂技术、降低成本，突破燃料电池应用瓶颈。
特种燃料电池已有实质性应用
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%
衣宝廉指出，燃料电池在国民经济中真正得到应用主要是在特种方面，如航天飞机和特种等方面取得了实质性的应用，其他方面都是示范阶段。
一个最典型、最成功的例子就是阿波罗登月计划中采用燃料电池作为飞船动力。美国刚刚退役的“亚特兰蒂斯”号航天飞机也同样应用了燃料电池。这两次都有3组电池，坏掉两组还可以正常工作。
据衣宝廉介绍，这两类电池都通过了航天实验和1000小时无人实验，可靠性很高，在飞行当中没有出现事故。
还有一个成功应用案例是德国的AIP特种，用燃料电池做动力，可以在水下待两到三周。而一般的特种最多在水下两天。并且，燃料电池特种没有噪声。德国目前已有6艘燃料电池特种，还有两艘在建。据悉，在建的特种采用储氢材料来代替高压储气罐，性能有所提高。
民用示范稳步推进
目前，美国、日本和中国的燃料电池车示范较多，并正在转向混合动力——增加二次电池以提高续航里程。通用、福特等世界几大汽车公司都已宣布将在2015年实现燃料电池车的商业化。
值得一提的是，美国加州示范的UTC燃料电池车取得寿命突破，其寿命已经达到了1万小时，远超过美国能源部5000小时的商业化目标。
在我国，经过北京奥运会和上海世博会200余辆燃料电池车的示范，目前我国燃料电池车累计运行里程达10余万公里，平均每辆车运行4500~5000公里。
衣宝廉认为：“我们的燃料车通过两个半五年计划，基本上走到世界第一团队的行列。”
在燃料电池电站方面，日本领先于其他国家。日本生产的小型家用电源综合效力可达70%~80%，2010年已售出1万台，2012年计划售出2万台。
作为UPS不间断电源的应用，意大利最近有一项进展是把水和燃料电池连接，通过电解水为燃料电池提供氢气和氧气。衣宝廉认为，在无人区替代铅酸电池和柴油机应用，销路应该很广。
另外衣宝廉还介绍，现在研发的热点是固体氧化物电池。如德国西门子公司做了220千瓦的示范电站，已运行几万小时，但是由于成本很高，没能实现产业化。现在科学家正在研究如何降低成本。衣宝廉认为，如果有突破，可能会在电站方面很有价值。
还有一种熔融碳酸盐（MCFC）燃料电池电站，电池的制备技术在上世纪80年代末已经很成熟，但是寿命只有2万小时左右，达不到和火电站竞争的水平，目前处于停顿状态。
催化剂是核心问题
“总体看来，燃料电池作为宇宙飞船、航天飞机、牵引动力得到了成功应用。燃料电池在汽车、电站、便携式电源等民用领域进行了成功示范，但低成本、长寿命仍然是商业化面临的瓶颈问题。现在的核心问题是催化剂。”衣宝廉说。
燃料电池的催化剂需要用到贵金属铂，因此成本较高，况且我国并不产铂金，需要从国外进口。
国际上，通用公司已经做到第五代催化剂，计划2015年铂用量降到10克，到时候就可以不受贵金属的限制，实现商业化。
丰田公司在催化剂成本控制方面也投入了很大精力，预计2015年每辆车售价5万美元。“这比现在的二次电池车还要便宜，但是最近听说还拿不下来。”衣宝廉透露。
衣宝廉表示，燃料电池转为民用遇到的最大问题是成本与寿命的矛盾——在追求低成本的同时，寿命也面临很大的挑战。他表示，国内技术在不考虑成本的前提下，可靠性也可以做得很好。
例如，阿波罗航天飞船所用燃料电池的催化剂中，贵重金属达到每平方厘米20毫克，燃料电池车国内做到0.1~0.4毫克，下降了很多，但真正的商业化要降到0.03毫克左右，采用不锈钢和非贵金属涂层。
此外还有抗毒的问题。衣宝廉指出，我国空气中二氧化硫含量较高，导致相同的燃料电池车在德国和新加坡运行比在我国运行寿命衰减慢。因此，我国燃料电池的催化剂还必须能抗二氧化硫、微量硫化氢、一氧化碳和少量氨。
“短期内想要产业化，最大的难点就在于催化剂。”衣宝廉介绍说，现在各大公司都在委托催化公司做抗毒的低铂催化剂。
据介绍，大连化物所目前正在全力开发第三代燃料电池催化剂，希望铂用量可以降到30克以下，达到国际同等水平，并尽快降到10克以下，做到商业化。
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