燃料电池的发展与前景

燃料电池的发展与前景燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。2014年2月19日据物理学家组织网报道，美国科学家开发出一种直接以生物质为原料的低温燃料电池。这种燃料电池只需借助太阳能或废热就能将稻草、锯末、藻类甚至有机肥料转化为电能，能量密度比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍。从燃料电池汽车说起，和明星电动车特斯拉相比，燃料电池汽车一直无法成为话题中心，直到丰田发布了一款新型燃料电池汽车（FCV）的技术数据—从各项指标来看，它直接超越了特斯拉。丰田提供的数据的确充满吸引力。这辆FCV的充氢时间大约需要3分钟—和普通加油时间差不多；加满一次能跑700公里—这差不多是北京到上海的高速铁路一半的距离；含税价格预计在756万日元左右（约合46万元人民币）—和部分高端车型价格相当。总体来看，丰田的这款FCV的技术参数比特斯拉要高，但价格却便宜不少。就像电动车需要充电，让燃料电池工作也需要充氢。和纯电动汽车一样，它在行驶时不排放尾气，所以也称得上是环保车。然而，好消息到此为止。加氢站建设难度高是目前阻碍燃料电池车普及的一大障碍。丰田从22年前就开始研发燃料电池汽车，直到2002年才把第一台SUV型的FCV销售出去，对象还是日本、美国的政府及教育机构。“虽然加氢站的成本的确在降低，但在技术层面，燃料电池并没什么什么大的突破。”日本氢供给利用技术研究组合（HySUT）设施实证部副部长山梨文德对《第一财经周刊》说。这是燃料电池汽车无法引起公众注意的原因之一。山梨文德曾经在日本另一家汽车公司日产负责过燃料电池车的开发。他说，因为受到实用化普及目标的牵引，研发会集中在增加续航里程，以及和充填有关的技术上。丰田FCV新车型的技术进步也验证了他的说法。这几年间，丰田主要改进了贮氢罐的设计，让它的容量增加了1/5，这能让汽车一次充更多氢燃料，从而增加行驶里程。另一个实质性的改进来自成本，FCV的贮氢罐从4个降为2个，燃料电池盒数量也因为采用升压组件而得以减少。这些改变，让它的组件类花销相比2008年降低了5%。而且，因为组件体积全部缩小，燃料电池就能塞到座位下面，丰田由此得以开发出轿车型号。一直以来，最让燃料电池研究者头痛的问题就是成本。燃料电池汽车里使用的电池，以氢为燃料，通过和氧的氧化还原反应，把化学能转变为电能。这是场昂贵的化学反应，因为它使用的催化剂是铂—使用铂的产品，最常见到的是白金。而如果想要为汽车用的燃料电池提供100千瓦的电力，至少需要100克铂。目前日本市场1克白金交易价在5000日元（约合304元人民币）左右。日本群马大学和日清纺控股公司曾联合研制出含有一定氮的碳合金，它能够起到和铂类似的催化作用。但这也不是足够便宜的原料。而除了催化剂，花费不菲的还有燃料电池中的电解质膜。目前的研究者能够想到的降低成本的办法只有量产化。然而眼下，这还不是一个能够迅速带来收益的项目。即便在丰田的FCV销售计划里，最初的日本区域销售也主要围绕着几个设置好加氢站的都市圈。和氢能源有关的项目总是相对敏感。加氢站的建设也涉及到多个公司、政府部门，和电动车的充电桩相比，安全要求也更加繁琐。从丰田在新能源汽车上的布局能看出它对不同车型的想法，这家公司完全跳过了特斯拉这类纯电动车，将混合动力汽车作为新能源车的过渡—它的最终目标是燃料电池汽车。丰田发布会的时间选在经济产业省发布“燃料电池汽车普及政策”1个月后，这家全球最大的汽车公司甚至邀请到资源能源厅的户边千广，让他以政府燃料电池推进室室长身份在它的FCV发布会上宣导氢能源政策。丰田的第九任社长张富士夫主导的燃料电池实用化推进协议会（FCCJ），也在背后不断推进燃料电池的研发与实用化，这个收费的会员组织包含了日本几乎所有计划做燃料电池项目的汽车公司、电器公司和石油化工公司。这一切都是在宣告，燃料电池已成为获得政府和主流公司认可的未来能源项目。而情况似乎也的确如此。目前，日本只有41个加氢站。在政府的计划中，2015年将增至100个，2025年增加到1000个，等到2030年，日本就可能有5000个加氢站。不过，整个燃料电池汽车的链条仍缺一个尚待推进的环节—氢的来源。石油公司在脱硫过程中，就已经掌握了氢的制造工厂。但因为汽油销售很低迷，开工率只有一半，一旦都能开工，等于可以为500万辆FCV提供需要的氢。而在我国燃料电池的发展也面临着同样的问题《通知》提出，四部委在全国范围内开展新能源汽车推广应用工作，中央财政对购买新能源汽车给予补助，实行普惠制。根据通知，补助产品是纳入“新能源汽车推广应用工程推荐车型目录”的纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车。值得关注的是，2017-2020年除燃料电池汽车外，其他车型补助标准适当退坡。其中，2017-2018年补助标准在2016年基础上下降20%，2019-2020年补助标准在2016年基础上下降40%。“氢燃料电池汽车中增加了燃料电池轻型大中型客车、中重型货车的门类，补贴金额为30万-50万元。同时，氢燃料电池各类汽车到2020年补贴不退坡，且补贴金额提升至2013年水平，这样的补贴力度体现了对先进技术的预判。”全国乘用车市场联席会秘书长崔东树认为，由于多方面原因，氢燃料电池乘用车尚未进入市场化导入期，为支持研发和生产，2016年补贴金额较2015年有所提升，且20万元的补贴金额将延续到2020年，将有利于我国氢燃料电池汽车的市场化导入。据了解，我国一直非常重视对氢燃料电池汽车的研发和推广工作。早在2000年左右科技部就开始对国内氢燃料电池汽车基础技术的研发给予支持，2008年北京奥运会期间已有少量示范运行车辆投入使用。2012年，同济大学、清华大学、中科院大连物理化学研究所、上汽、一汽等发起成立了中国燃料电池汽车技术创新战略联盟。政策方面，《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》提出，燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展；2014年7月发布的《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》提出，通过国家科技计划，对新能源汽车储能系统、燃料电池、驱动系统、整车控制和信息系统、充电加注、试验检测等共性关键技术以及整车集成技术集中力量攻关，不断完善科技创新体系建设。无论是纯电动技术还是氢燃料电池技术，都是汽车行业未来发展的方向。但相比之下，氢燃料电池在解决污染排放和替代能源问题上更被看好。国内在氢燃料电池研发方面有优势的企业应借助国家政策的持续支持，加快氢燃料电池技术的研发与储备。