前我國政府非常重視新能源汽車的發(fā)展，燃料電池汽車具有動力性能高、加氫快、充電快、續(xù)航里程長、接近零排放等優(yōu)點，成為新能源汽車的有力競爭者，也迎來了難得的發(fā)展機遇。2018年被稱為氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展年，展望2019年，中國的車用燃料電池技術(shù)要在國際上具有競爭力，重要的是要降低成本、提升電堆的工作電流密度和比功率、電池系統(tǒng)的可靠性和耐久性，需要科研院所與企業(yè)界聯(lián)合攻關(guān)，大力完善發(fā)展燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈，加快促進我國燃料電池汽車商業(yè)化。

步入產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期

過去十多年間，在國家科技計劃和產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程的支持下，我國開展了氫能燃料電池汽車的研究、開發(fā)、示范、運營工作，初步形成了從燃料電池電堆、電池系統(tǒng)，到整車研發(fā)體系和制造的能力，開展了系統(tǒng)的示范運行。

2014年12月15日，日本豐田公司開始銷售MIRAI汽車，同時宣布專利可以無償使用，這對燃料電池汽車發(fā)展具有重大意義。從國際上看，燃料電池汽車已經(jīng)渡過技術(shù)開發(fā)階段，進入市場導(dǎo)入階段。從國內(nèi)來看，燃料電池關(guān)鍵材料的研究已達國際先進水平，全國政協(xié)副主席萬鋼在長春科協(xié)年會上指出，氫燃料電池在壽命、可靠性、適用性上基本達到了車輛使用要求，中國初步掌握了相關(guān)的核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池動力系統(tǒng)技術(shù)平臺，未來主要是加強協(xié)同創(chuàng)新，加快推進燃料電池產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。

具體來看，在技術(shù)層面，氫燃料電池發(fā)動機功率得到大幅度提升，用70兆帕氣瓶已經(jīng)可以跑500千米以上，基本上滿足零下30攝氏度啟停工況要求。在電堆方面，國際上燃料電池發(fā)動機已經(jīng)達到了四缸內(nèi)燃機的體積水平，去年本田宣布已經(jīng)達到了六缸內(nèi)燃機的水平，功率密度達到每立升3千瓦以上。目前，國內(nèi)裝車的電堆僅達到每立升2.0千瓦左右，比國外低了1/3左右。

在安全層面，燃料電池安全性比較高，但系統(tǒng)比鋰電池復(fù)雜，同時燃料電池的動態(tài)響應(yīng)比較慢。應(yīng)對這一問題，最有效的解決辦法就是采用電電混合動力——燃料電池+二次電池（超級電容器）的方案。二次電池具有削峰填谷的作用，這樣就減少了燃料電池功率的變化速度和變化的幅度，在一定程度上彌補了燃料電池響應(yīng)較慢的缺點，同時提高了燃料電池的壽命。因此，我國最先研發(fā)的氫燃料電池技術(shù)路線——電電混合技術(shù)，也成為目前世界上的主流。

未來，我國將大力推進燃料電池在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，增強相關(guān)領(lǐng)域的實力；同時，在民用領(lǐng)域?qū)⒓薪鉀Q壽命與成本兼顧問題，從材料、部件、系統(tǒng)等三個層次進行技術(shù)改進與創(chuàng)新，盡快推進燃料電池商業(yè)化步伐，提供高能效、環(huán)境友好的燃料電池發(fā)電技術(shù)，為建立清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系做出貢獻。

規(guī)模漸成 短板猶存

在具體應(yīng)用方面，由于燃料電池發(fā)電原理是電化學(xué)，車用效率比較高，可以達到60%左右，因此與純電動汽車和插電式混合動力汽車相比，更適合于大功率、長程的運輸，應(yīng)用在公交車和重載車方面有明顯的優(yōu)勢。這也是燃料電池車代替柴油車的一個重點領(lǐng)域，早在2015年，由于燃料電池乘用車受加氫站的限制，日本豐田和日野合作開發(fā)燃料電池大巴，準備作為奧運會的通勤車。最近日本豐田公司又開始和美國肯沃斯合作開發(fā)重載汽車，準備在美國加州投運10輛氫燃料電池卡車，加州空氣委員會為此提供了4500萬美元的資助。

2018年，國內(nèi)在示范運行層面已經(jīng)行動起來，比如上海方面表示，準備投入400～500輛商用車示范運行，還要建立動力系統(tǒng)及零部件研發(fā)平臺、氫能產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)平臺、燃料電池車運營保養(yǎng)中心三個平臺。在河北省張家口，有74輛燃料電池車開始示范運行，其運行的意義在于證明寒冷條件下運行的燃料電池車只要解決了啟動問題，會比鋰電池車更具優(yōu)越性，可以避免像鋰離子電池受溫度影響比較大的短板。

在企業(yè)層面，截至2018年，共有57家企業(yè)86個車型入選工信部銷售目錄，其中億華通有23款、廣東國鴻有20款，億華通與神力合作研制了3種類型的燃料電池發(fā)動機，功率從30千瓦到60千瓦，都已實現(xiàn)裝車示范運行。宇通客車已經(jīng)開發(fā)了三代燃料電池車，在鄭州開始示范運行。國鴻氫能引進巴拉德技術(shù)后，已經(jīng)能夠推出30～80千瓦的燃料電池電堆，在廣東省云浮市裝載了70輛燃料電池大巴車投入運行。

截至2018年底，我國共有2400多輛燃料電池車在運行，但運營加氫設(shè)施與國外差距較大。從世界范圍來看，截至2017年底，全球運行的加氫站有328座，亞洲119座，歐洲139座，北美68座，南美1座，澳洲1座。其中，日本第一，91座；德國第二，45座；美國第三，40座。到2018年7月，我國共建成加氫站12座并投入運營，在建的加氫站有33座，距離2020年目標建成100座還相差較大。

電堆、系統(tǒng)需兩手抓

2018年12月初，科技部發(fā)布《2019氫能等9大重點專項申報指南征求意見稿》明確提出，將對氫能與燃料電池關(guān)鍵零部件進行攻關(guān)。

目前，雖然燃料電池汽車整體應(yīng)用性能，包括續(xù)駛里程、舒適性、加氫時間、低溫適應(yīng)性，基本都達到了燃油汽車的水平，但面臨的問題是沒有大批量的生產(chǎn)線，成本比較高，還要受加氫站的制約。這就需要盡快提高燃料電池體積、重量比功率，為燃料電池商用車應(yīng)用降低成本，為燃料電池乘用車應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

要想降低燃料電池發(fā)動機的成本，特別是電堆成本，首先要研究提高單體電池的比功率，降低化學(xué)極化、歐姆極化和傳質(zhì)極化。同時，燃料電池的壽命是電堆和系統(tǒng)雙方配合的結(jié)果，所以同時加強電堆部分、系統(tǒng)部分關(guān)鍵部件的研發(fā)是今后努力的方向。具體措施包括：

首先，完善燃料電池發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈，盡快實現(xiàn)電池關(guān)鍵材料如電催化劑，質(zhì)子交換膜、MEA、雙極板等批量生產(chǎn)，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎(chǔ)。例如，建立擴散層碳紙、催化劑、質(zhì)子交換膜、電極、MEA生產(chǎn)線等，研發(fā)生產(chǎn)空壓機、氫氣循環(huán)泵等。

其次，提高燃料電池電堆的體積、重量比功率，為開發(fā)乘用車奠定基礎(chǔ)。開拓燃料電池商用車市場也需要研發(fā)高體積、重量比功率的燃料電池電堆。這不僅是為了實現(xiàn)產(chǎn)品體積小的需求，更是為了降低產(chǎn)品成本。要想提高燃料電池電堆體積、重量比功率，核心是要提高電堆工作電流密度。目前，國內(nèi)燃料電池電堆單池額定工況的工作電流密度已從每平方厘米0.5～1安培提高到了2～3安培，已經(jīng)有很大的進步。但要改進燃料電池電堆，電堆的工作電力密度要提高，包括制備零部件的一致性和組裝工藝的一致性，否則單片電壓提再高也沒有用。

再次，深入研發(fā)電堆的衰減機理，開發(fā)抗腐蝕、穩(wěn)定的新材料，大幅度提高燃料電池發(fā)動機的可靠性和耐久性。可靠性和耐久性是靠系統(tǒng)和電堆共同來決定的，電堆進步了能促進系統(tǒng)的簡化，所以電堆和系統(tǒng)要相互配合，通過關(guān)鍵材料的進步來簡化電池系統(tǒng)。

此外，開展超低鉑、非鉑電催化劑理論與應(yīng)用研究，從而進一步將燃料電池鉑用量降低到小于0.1克/每千瓦，這是國際上燃料電池的基本要求。目前，從鉑用量來看，國際上在每千瓦0.2克，國內(nèi)0.4克左右，因此還需要做大量的工作。

最后，建立關(guān)鍵部件，包括電堆和電池系統(tǒng)的測試與耐久性快速評價方法。同時盡快建立中立性的檢測機構(gòu)，這樣對推進我國燃料電池技術(shù)進步趕上世界先進水平會有重大作用。

從商業(yè)化路線圖來看，在2020年前后，隨著技術(shù)進步與規(guī)模效益的發(fā)展，燃料電池的成本將不斷下降，競爭力會逐漸提升，燃料電池潛在市場也會逐步壯大。在國家大力支持下，通過加強與先進國家合作，在2020～2025年，我們應(yīng)該能突破關(guān)鍵技術(shù)，使燃料電池汽車能進入S型曲線的起始階段，大幅度的產(chǎn)業(yè)化推廣估計要在2025～2030年間。

（作者系中國工程院院士、大連化學(xué)物理研究所研究員）

我國儲能產(chǎn)業(yè)與國際發(fā)展水平相差不遠

在國家對新能源產(chǎn)業(yè)的大力支持下，我國新能源汽車、光伏等產(chǎn)業(yè)已逐步跑入世界前列，作為同樣屬于新興產(chǎn)業(yè)的儲能來說，也正處于不斷趕超國際先進水平的征途上。3月16日，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會秘書長劉勇在“首屆全國儲能技術(shù)與綜合能源服務(wù)高層研討會”現(xiàn)場說：“我國儲能產(chǎn)業(yè)與國際發(fā)展水平已相差不遠。”

不同技術(shù)路線儲能電池應(yīng)用情況如何?

劉勇：受產(chǎn)業(yè)規(guī)模、系統(tǒng)成本、能量及功率特性、服役特性等綜合影響，目前鋰離子電池(磷酸鐵鋰和三元鋰電池)優(yōu)勢突出，鉛炭電池、全釩液流電池及梯次利用電池特定場景下具備競爭力。鉛酸電池在壽命方面、鈦酸鋰電池一次性投資成本方面、鈉硫電池在安全與技術(shù)方面、超級電容器在能量成本方面市場競爭力有待進一步提升。

此外，水系鈉離子電池、水系鋅空氣電池等新型電化學(xué)儲能技術(shù)也陸續(xù)進入市場。同時，鋰漿料電池、全固態(tài)電池、半固態(tài)電池以及氫儲能也正在加快研究推進和示范應(yīng)用。

產(chǎn)業(yè)目前面臨的主要難題有哪些?

劉勇：一是政策體系和價格機制有待完善。現(xiàn)階段我國出臺的產(chǎn)業(yè)化相關(guān)的政策體系和價格機制仍不健全，儲能價值主要體現(xiàn)在給予其他系統(tǒng)的服務(wù)上(如調(diào)峰調(diào)頻、緊急電源等)，其獨立性應(yīng)用價值難以發(fā)揮。

二是項目投資成本偏高，儲能項目融資渠道有限。??

三是商業(yè)模式亟待創(chuàng)新。很多項目只能依靠短期調(diào)峰調(diào)頻及峰谷電價套利，調(diào)峰調(diào)頻的補償機制不健全，峰谷電價套利依賴于電價水平，具有不確定性，是一種非可持續(xù)發(fā)展模式。

四是儲能系統(tǒng)集成技術(shù)有待進一步突破。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，電池企業(yè)與系統(tǒng)集成商難以在制造成本、工藝水平、安全環(huán)保等方面統(tǒng)一協(xié)調(diào)推進。儲能電池的電芯僅從動力電池延用而已。

五是在政策研究機制、系統(tǒng)集成、電池?zé)峁芾砑夹g(shù)、電池壽命和效率與發(fā)達國家有一定差距，在安全性和回收技術(shù)上和發(fā)達國家面臨共同瓶頸。

六是標準體系建設(shè)有待加速。需加快儲能技術(shù)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)的具體應(yīng)用標準建設(shè)，結(jié)合儲能項目開展安全性和環(huán)保性標準建設(shè)，結(jié)合不同應(yīng)用場景研究儲能技術(shù)并網(wǎng)、施工規(guī)范等標準;需規(guī)范儲能電池生產(chǎn)與回收環(huán)節(jié)環(huán)保標準建設(shè);探索儲能系統(tǒng)模塊化、標準化產(chǎn)品標準建設(shè)。

七是產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中應(yīng)重視頂層設(shè)計。政策制定要保持可操作性和持續(xù)性，建立產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、配置結(jié)構(gòu)、技術(shù)規(guī)范、管理規(guī)則等細則。

您如何看待我國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢?

劉勇：我國電化學(xué)儲能應(yīng)用在去年已進入發(fā)展提速期。電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)對儲能技術(shù)應(yīng)用需求不斷增大。國家及地方層面也制定出臺了一系列涉及儲能應(yīng)用發(fā)展的支持性政策和方案，涵蓋了戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用等方面。發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、5G、物聯(lián)網(wǎng)以及應(yīng)急電源等應(yīng)用場景中的儲能商業(yè)模式在探索中不斷清晰。

當(dāng)前，我國儲能產(chǎn)業(yè)與國際發(fā)展水平已相差不遠。在新型儲能技術(shù)研發(fā)、成本控制、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、標準體系、安全控制等方面與國際基本處于同一發(fā)展水平。

但同時也應(yīng)該看到國外在推動儲能技術(shù)應(yīng)用雖然做了很多政策性研究與法律法規(guī)建設(shè)，但依然沒有形成可大規(guī)模復(fù)制的商業(yè)應(yīng)用模式。

據(jù)預(yù)測，我國電化學(xué)儲能累計裝機規(guī)模在2025年將達到24吉瓦，以現(xiàn)有磷酸鐵鋰平均功率成本1200~2600元/千瓦計算，到2025年中國電化學(xué)儲能市場份額將邁入千億級別。