近年来,氢能与燃料动力锂电池的研究受到各国关注,被视为未来世界能源体系的重要组成部分。我国是世界上最大的能源生产国和消费国,已形成了煤炭、电力、石油、天然气、新能源和可再生能源全面发展的能源供给体系。
随着我国社会经济的持续上升,能源消费需求总量不断上升,石油、天然气等进口依存度持续走高,2015年我国石油对外依存度突破60%,天然气对外依存度已上升至32.7%。能源进口依存度高,已成为我国能源安全的巨大挑战,能源结构转型势在必行。
汽车产业作为世界重要工业国家的支柱产业,是衡量一个国家综合实力和发达程度的重要标志。氢燃料动力锂电池汽车不仅在能源发展方面具有重要用途,而且具有优秀的环保性能和能量转化效率。与纯电动汽车相比,具有加注时间短、续航里程长等优势,同样是未来汽车工业可持续化发展的重要方向。
我国《十三五战略性新兴产业发展规划》《能源技术革命创新行动计划(2016〜2030年)》《节能与新能源汽车产业发展规划(2012〜2020年)》《我国制造2025》等国家顶层规划都明确了氢能与燃料动力锂电池产业的战略性地位,纷纷将发展氢能和氢燃料动力锂电池技术列为重点任务,将氢燃料动力锂电池汽车列为重点支持领域。
氢燃料动力锂电池汽车产业发展现状与趋势
整车
2014年十二月,丰田Mirai燃料动力锂电池轿车上市,标志着氢燃料动力锂电池汽车技术实现重大进步,氢燃料动力锂电池汽车的技术已经从基础研究、样车示范进入工程化、商品化发展阶段。据统计,2016年,全球氢燃料动力锂电池汽车销量为2312辆,与2015年相比,增幅为225%。重要有3款车型:丰田Mirai、本田Clarity、现代ix35FC,其中,丰田Mirai销售2039辆,重要用于运营。2017年,还有少数车企计划推出氢燃料动力锂电池商品车,但预计全球总销售量不会超过5000辆。
国内在燃料动力锂电池乘用车方面,投入研发的重要公司是上汽集团,已完成前后四代氢燃料动力锂电池轿车的开发。在国家创新工程支持下,上汽氢燃料动力锂电池轿车在动力性、续驶里程等性能指标方面取得了重大进步,已累计实现81辆示范运行,部分车辆在2014年参加了上汽的新能源汽车万里行全国巡游,历经1万公里的实际路试,通过各种地形、海拔、环境气温的综合考验。
关键零部件和材料
我国在氢燃料动力锂电池电堆及其关键材料领域已初步形成产业链,但技术成熟度差距较大。
在技术路线方面,车用氢燃料动力锂电池电堆都选择了质子交换膜体系,金属板电极和石墨板电极并存。
目前,国内具有完全自主知识产权的电堆重要由大连新源动力供应,国外公司通过在国内合资建厂组装电堆为国内系统公司供应电堆,但膜电极等核心零部件仍掌控在外方手中。
商用车的氢燃料动力锂电池系统采用的是石墨板或者复合板,还没有采用高功率密度的金属双极板。石墨板电堆在性能上近年来有较大提升,但与金属板电堆仍有显著的差别,虽然目前成本较低,但从加工便利性和材料发展趋势分析,金属板成本会低于石墨板。
在寿命方面,国产电堆寿命为几千小时,国外已经达到上万小时,但国外电堆对空气质量要求很高,能否适应国内空气质量条件尚有待验证。
在氢燃料动力锂电池关键材料和其他零部件方面,如催化剂、质子交换膜、碳纸、空压机、氢循环泵等方面,我国与国外水平相比仍存在较大差距,有能力配套的公司少,技术水平较低,大多属于空白或尚未成熟,要采用进口材料,国际上也被少数公司垄断,价格极高。
从系统成本来看,成本在1万〜1.5万元/kW左右。
从发展阶段来看,目前我国氢燃料动力锂电池汽车具备小规模推广应用条件。
我国氢燃料动力锂电池汽车产业发展存在的重要问题有:产业链建设不完善,部分关键材料和零部件缺乏量产量力;氢源产业链尚未建立,车用高纯氢价格高昂;政府鼓励氢燃料动力锂电池汽车产业发展,但缺乏配套措施;加氢站建设审批缺乏规范,公司面对重重困难。
对此,笔者对燃料动力锂电池汽车发展提出以下建议:发展氢能和氢燃料动力锂电池汽车产业要发挥举国之力,进一步明确国家战略导向,构建高层次协调机制,在政策层面统一步调、形成合力、做好引导;在整车研宄方面,应大力促进整车公司在燃料动力锂电池汽车方面的研发投入,以整车为龙头,带动整个产业链的建设和完善;由于氢气一直作为高度危险品进行管理,部分标准与法规已与技术发展不相一致,应在经过严密验证后,科学评估安全风险,在保障安全的基础上,结合实际要逐步适度调整。