世界燃料电池汽车技术动态及未来发展

      简介： 近年来，美国、日本、欧洲发达国家领导人纷纷发表观点，支持氢能和燃料电池技术发展。2003年欧盟前任主席普罗迪宣布，目标到本世纪中叶，逐步转到一个基于可再生能源的，完全集成的氢能经济。2007年，欧洲议会 ...

      近年来，美国、日本、欧洲发达国家领导人纷纷发表观点，支持氢能和燃料电池技术发展。2003年欧盟前任主席普罗迪宣布，目标到本世纪中叶，逐步转到一个基于可再生能源的，完全集成的氢能经济。2007年，欧洲议会主席发布了欧盟“关于通过地区、城市、中小企业和公民社会组织之间的合作建立欧洲绿色氢能经济和第三次工业革命的书面声明”，提出到2025年要形成不同应用领域(便携式、固定式、交通等)的氢燃料电池技术，并在所有欧盟成员国建立一个分布式氢能基础设施体系。

      正是基于对氢能发展前景的共同期待和对存在的技术风险的共识，2003年15个国家共同签署协议，发起成立国际氢能经济合作伙伴计划(IPHE)，以推动燃料电池、制氢、储氢和标准法规等方面的国际合作。

      为此，很多国家都在国家层面上形成完整的研究开发计划。美国发布了《2030年及以后美国向氢经济转型的国家愿景》，并依此制定了《国家氢能路线图》。2005年，美国出台《能源政策法》，将发展氢能和燃料电池技术的有关项目及其财政经费权额度明确写入法中。迄今，美国形成了较完整的推进氢能发展的国家法律、政策和科研计划体系，以引导能源体系向氢能经济过渡。欧盟于2004年提出《迈向欧洲氢能路线图》，日本在国家《新产业创新战略》中将燃料电池列为国家重点推进的七大新兴战略产业之首，从国家层面上着力推进。我国也非常重视燃料电池汽车等清洁汽车技术的发展，在国家《节能中长期专项规划》及相应的十大重点节能工程中，“十五”国家重大科技专项之一的“电动汽车专项”将燃料电池汽车列为重要内容。

      在各国政府的支持下，发达国家主要汽车企业都设有燃料电池汽车研究开发计划，通用、戴克、丰田、本田等汽车企业均开发了燃料电池汽车并投人示范运行。同时，国际能源巨头BP、壳牌等也设立了氢能研究部门，支持氢能的研究和相关活动。

      通过各国政府及相关企业的不懈努力，在燃料电池汽车技术领域取得了很大进展，主要表现在以下5个方面：

      (1)燃料电池功率密度不断提高  加拿大巴拉德公司2003年研制的燃料电池发动机Xcellsis HY80采用902堆，最大输出功率为68kW，体积为220L，质量为220kg，体积和质量功率密度分别为309W/L和309W/kg，已经基本达到美国能源部FreedomCAR计划中提出的2010年的目标。

      (2)贵金属用量大幅减少燃料电池电堆的铂用量已从1990年的约5mg/cm2下降到0.5mg/cm2左右，并有望继续降低。

      (3)燃料电池汽车能量转换效率可望继续提高  考虑“从矿井到车轮”的总体效率，燃料电池混合动力汽车“从油井到车轮”的总效率为29%，汽油机混合动力汽车普锐斯的总效率为28%。燃料电池汽车的能量转换总效率将来有望提高到42%。

      (4)燃料电池汽车的可靠性和耐久性明显改善  戴克和通用等汽车公司的试验运行表明，燃料电池汽车的可靠性已有明显提高，通用公司的燃料电池汽车已经开展包裹快递服务。

      (5)燃料电池系统成本逐渐下降  若按大批量生产(年产150万套)计算，2002年燃料电池发动机的价格为275美元/kW，2006年下降为110美元/kW。美国能源部提出的目标是2010年降到45美元/kW，2015年降到130美元/kW，与目前汽油机的价格水平相当

      燃料电池技术虽然取得了很大进步，但与产业化要求相比还有很多工作要做，主要表现为以下5个方面：

      (1)适应性  须进一步提高燃料电池汽车在不同气候(如高温或低温地区)、不同环境(如高海拔、沙尘大、空气质量差的地区)和不同交通情况(如频繁变动工况或频繁停启工况等)下的适应性。

       (2)可靠性和耐久性  目前燃料电池堆的寿命仅有约2000h，目前北京示范运行的燃料电池公共汽车平均完好率为92%，而柴油车达到99.16%；燃料电池车的故障率也比传统车高，因此须进一步提高燃料电池汽车的可靠性和耐久性。

      (3)总能量效率  提高燃料电池堆的工作温度能够提高燃料电池的能量转换效率，2006年已提高至90-95℃，而—旦高温膜(工作温度120℃以上)研发成功，燃料电池技术将会有根本性的突破。此外，各种制氢、储氢的新技术也在发展之中。

      (4)成本  2006年丰田公司开发的一种新型质子膜的目标价格仅为10美元/m2；较贵的铂催化层采用纳米技术的研究工作正在进行。此外，燃料电池零部件现已发展出各种专门技术公司及专用零部件公司，从而为提高可靠性和耐久性、改进性能和降低成本创造条件。

      (5)基础设施  基础设施配套建设匮乏也是产业化需要解决的问题。如加氢站、维修、配件供应等，需逐步扩大和推广，这需要几十年的时间。

      氢能和燃料电池汽车技术开发是带有风险的战略选择，是一个不容忽视和错过的带有风险性的技术创新和跨越式发展的机会。同时，燃料电池汽车对汽车制造商来说是一种战略高技术产品，汽车制造商应进一步完善燃料电池汽车技术，以期掌握未来市场竞争的主动权。