燃料電池汽車與氫能關(guān)鍵技術(shù)趨勢(shì)綜述
——第3屆國(guó)際氫能與燃料電池汽車大會(huì)FCVC總結(jié)

趙子亮 趙洪輝 盛夏 王宇鵬 丁天威 馬秋玉

（中國(guó)第一汽車集團(tuán)有限公司 新能源開發(fā)院，長(zhǎng)春 130011）

主題詞：燃料電池汽車 氫能 膜電極

1 前言

在全球汽車行業(yè)向低碳化、信息化、智能化方向發(fā)展的今天，根據(jù)對(duì)國(guó)際汽車技術(shù)發(fā)展動(dòng)向的分析，節(jié)能汽車、純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車、氫燃料電池汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、汽車動(dòng)力電池、汽車輕量化以及汽車制造技術(shù)仍代表著國(guó)際汽車技術(shù)的重點(diǎn)和關(guān)鍵領(lǐng)域。氫能成為各國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分，氫能燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?；l(fā)展成為各國(guó)共同的選擇。氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)呈現(xiàn)高度集成化發(fā)展趨勢(shì)，全球氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加速，而戰(zhàn)略聯(lián)盟與合作成為撬動(dòng)氫燃料電池汽車初期產(chǎn)業(yè)化的主旋律。

2018年10月23-25日，第3屆國(guó)際氫能與燃料電池汽車大會(huì)在江蘇如皋舉辦。國(guó)際氫能與燃料電池汽車大會(huì)是國(guó)際一流的年度行業(yè)盛會(huì)，由國(guó)際氫能燃料電池協(xié)會(huì)(籌)和中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)共同主辦，聚集全世界氫能與燃料電池技術(shù)的開發(fā)者、燃料電池汽車制造商、氫能燃料電池領(lǐng)域投資者和政府政策的制定者，攜手促進(jìn)氫能及燃料電池汽車的商業(yè)化發(fā)展。該大會(huì)邀請(qǐng)了全球氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的知名企業(yè)、行業(yè)領(lǐng)軍人物、知名專家學(xué)者聚焦氫燃料電池創(chuàng)新的前沿，加強(qiáng)了整個(gè)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的全球交流合作，以其國(guó)際化、權(quán)威性、專業(yè)性和前瞻性在行業(yè)內(nèi)獲得了認(rèn)可與好評(píng)。筆者結(jié)合本次氫能與燃料電池汽車大會(huì)與目前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)燃料電池汽車與氫能關(guān)鍵技術(shù)趨勢(shì)進(jìn)行梳理。

2 燃料電池汽車技術(shù)趨勢(shì)

傳統(tǒng)汽車與混動(dòng)汽車已經(jīng)不能滿足人類對(duì)未來二氧化碳排放逐年降低的要求，這已經(jīng)成為行業(yè)的普遍共識(shí)。奧迪公司[1]認(rèn)為發(fā)展零排放的純電動(dòng)與燃料電池汽車勢(shì)在必行，故此開發(fā)e-tron與h-tron兩大戰(zhàn)略平臺(tái)，燃料電池技術(shù)可應(yīng)用于中大型乘用車、SUV與商用車。奧迪公司認(rèn)為2022年將會(huì)是燃料電池汽車商業(yè)化的元年，到2030年，燃料電池汽車將會(huì)有10%的市場(chǎng)占有率。目前奧迪通過與BALLARD公司的合作，基于Q5車型，開發(fā)出0-100 km/h加速時(shí)間小于7 s、最高時(shí)速200 km/h、最長(zhǎng)續(xù)駛里程600 km的電動(dòng)四驅(qū)版燃料電池汽車，本款汽車搭載100 kW級(jí)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、3個(gè)70 MPa氫瓶，加注時(shí)間僅3 s。未來，奧迪將重點(diǎn)攻關(guān)提升燃料電池功率密度、優(yōu)化燃料電池效率、精簡(jiǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、降低材料成本、優(yōu)化儲(chǔ)氫系統(tǒng)等技術(shù)，并計(jì)劃將燃料電池產(chǎn)品應(yīng)用在大眾、奧迪、保時(shí)捷和MAN等品牌的汽車上。

作為全球燃料電池汽車的領(lǐng)軍企業(yè)之一，韓國(guó)現(xiàn)代[2]從1998年開始燃料電池汽車的開發(fā)工作，歷經(jīng)3代IX35燃料電池汽車產(chǎn)品的升級(jí)換代后，在2018年3月向市場(chǎng)投放了其最新系列產(chǎn)品NEXO。本款燃料電池汽車相較于原來產(chǎn)品在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)效率、低溫冷啟動(dòng)和續(xù)航里程等重要指標(biāo)上都有明顯的技術(shù)突破，并承諾整車全生命周期（16萬公里/10年）的質(zhì)量?，F(xiàn)代公司將利用在NEXO上的成熟開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，打造一款極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的燃料電池大巴，切實(shí)滿足顧客對(duì)可靠與耐久的使用要求。未來計(jì)劃與奧迪公司攜手共同引領(lǐng)燃料電池核心技術(shù)，開拓未來汽車市場(chǎng)。

豐田公司作為燃料電池汽車行業(yè)的先行者和領(lǐng)軍企業(yè)[3]，從1992年開展燃料電池汽車的開發(fā)任務(wù)，經(jīng)過三代技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化與技術(shù)迭代，在2014年12月向市場(chǎng)投放了全球第一款燃料電池汽車MIRAI，截至目前，全球已經(jīng)出售了7 000余量MIRAI汽車，引領(lǐng)全世界汽車企業(yè)邁入了氫能時(shí)代。預(yù)計(jì)在2030年，將有超80萬臺(tái)燃料電池汽車上路運(yùn)行，900余座加氫站將為之服務(wù)，豐田也致力于同全球的政府、整車廠、供應(yīng)商、消費(fèi)者共同努力，構(gòu)建更加完善的氫能社會(huì)。

國(guó)外整車企業(yè)長(zhǎng)期投入燃料電池戰(zhàn)略技術(shù)，采用大功率電堆技術(shù)路線，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全面化的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，加氫站等設(shè)施也在逐漸完善。與之相比，我國(guó)的車用燃料電池行業(yè)的發(fā)展尚處于商業(yè)化起步階段，車型主要集中在商用車領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)鏈與加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱。上汽集團(tuán)[4]是我國(guó)在燃料電池領(lǐng)域投入規(guī)模最大、經(jīng)驗(yàn)積累最久和研發(fā)團(tuán)隊(duì)最完善的整車企業(yè)，其累計(jì)研發(fā)投入費(fèi)用超15億元，核心技術(shù)研發(fā)設(shè)備超200臺(tái)，專業(yè)技術(shù)研發(fā)人員超100人。從2001年第一臺(tái)燃料電池汽車研發(fā)開始，目前已有榮威750、榮威950和大通FCV80等燃料電池汽車正在商用化運(yùn)行。上汽目前正在開發(fā)300型大功率燃料電池電堆，并在燃料電池系統(tǒng)集成、動(dòng)力系統(tǒng)匹配、電控系統(tǒng)集成和熱管理等核心技術(shù)上進(jìn)行掌控。未來，上汽將不斷完善燃料電池生態(tài)圈，形成完善的維保體系；形成四個(gè)整車應(yīng)用平臺(tái)，涵蓋家用、物流、環(huán)衛(wèi)、客運(yùn)等領(lǐng)域；并自主開發(fā)90 kW級(jí)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，建立燃料電池電堆、系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)3 000臺(tái)的產(chǎn)能規(guī)模。

作為國(guó)內(nèi)整車廠領(lǐng)軍團(tuán)隊(duì)的代表之一，一汽集團(tuán)[5]在未來將推出50 kW與100 kW及兩個(gè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從A00到C級(jí)全系車型覆蓋。在一汽集團(tuán)紅旗H5燃料電池汽車開發(fā)過程中，分別完成了系統(tǒng)控制、系統(tǒng)集成、整車熱管理、關(guān)鍵零部件測(cè)試、系統(tǒng)試驗(yàn)等方面經(jīng)受了多種層級(jí)和類別的挑戰(zhàn)，所開發(fā)的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是國(guó)內(nèi)第一款采用金屬雙極板單堆，系統(tǒng)功率達(dá)到50 kW的大功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，體積比功率達(dá)到400 W/L?；谠摽畎l(fā)動(dòng)機(jī)打造的一汽集團(tuán)首款紅旗品牌燃料電池汽車H5-FCEV也將與2019年實(shí)現(xiàn)示范運(yùn)營(yíng)。該車型搭載50 kW燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、140 kW電驅(qū)系統(tǒng)和70 MPa儲(chǔ)氫系統(tǒng)，整車設(shè)計(jì)續(xù)航里程達(dá)到500 km。

長(zhǎng)城汽車[6]作為全中國(guó)最大的SUV品牌、氫能堅(jiān)定的擁護(hù)者，計(jì)劃在2020年展示首輛基于專屬平臺(tái)的燃料電池車型，在2022年北京冬奧會(huì)上推出首支燃料電池車隊(duì)，在2025年打造最具成本競(jìng)爭(zhēng)力的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)和加氫技術(shù)。預(yù)計(jì)2020年前后，長(zhǎng)城將在燃料電池核心技術(shù)上有所突破：燃料電池電堆體積比功率5.0 kW/L、壽命5000 h衰減5%、鉑載量0.3 g/kW；燃料電池系統(tǒng)最大功率150 kW、最高溫度95℃、最高效率60%，并將采用高速離心式空壓機(jī)、被動(dòng)循環(huán)回氫方案；儲(chǔ)氫系統(tǒng)將開發(fā)35 MPa、50 MPa、70 MPa產(chǎn)品，重量?jī)?chǔ)氫密度將達(dá)到5.8 wt-%。長(zhǎng)城汽車致力于深度參與氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將在未來擴(kuò)展氫能運(yùn)輸領(lǐng)域及氫能運(yùn)用領(lǐng)域的多種商業(yè)機(jī)遇。

3 燃料電池系統(tǒng)與關(guān)鍵零部件

燃料電池系統(tǒng)是一個(gè)由氫氣路，空氣路，冷卻路等多零部件、多總成所組成的高度集成化的動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)，而燃料電池系統(tǒng)控制核心都是為了滿足電堆的操作條件所進(jìn)行的對(duì)各零部件的協(xié)調(diào)控制。燃料電池電堆作為燃料電池系統(tǒng)控制的最終服務(wù)對(duì)象，具有對(duì)溫度、壓力和濕度等條件變化電堆性能改變的特點(diǎn)。

奧地利AVL公司將燃料電池技術(shù)作為未來一項(xiàng)重要的發(fā)展路線[7]，基于對(duì)燃料電池電堆的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，AVL公司對(duì)于電堆故障進(jìn)行分解為性能衰減與泄露形成兩大類，其中催化劑Pt的分解與脫落、碳腐蝕、金屬板腐蝕及污染物的進(jìn)入均會(huì)造成電堆性能衰減；而膜的化學(xué)性能衰減及機(jī)械性能降低均會(huì)導(dǎo)致電堆泄露現(xiàn)象的出現(xiàn)。AVL公司通過其開發(fā)的THDA模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電堆內(nèi)部缺氣、水淹等多種不正常運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而取代CVM系統(tǒng)對(duì)每個(gè)單體都要進(jìn)行監(jiān)測(cè)的復(fù)雜系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于電堆壽命的閉環(huán)控制。

聲運(yùn)技術(shù)有限公司[8]提出當(dāng)前電堆主要現(xiàn)狀體現(xiàn)在核心技術(shù)差距明顯、供應(yīng)鏈薄弱兩個(gè)方面，對(duì)于電堆衰減及系統(tǒng)故障診斷在燃料電池系統(tǒng)工程化過程中顯得尤為重要，聲運(yùn)有限公司通過對(duì)電堆的測(cè)試及故障診斷需求開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于電堆衰減機(jī)理及敏感性影響因素的工程探索，通過電堆單體電壓監(jiān)控設(shè)備、電流密度分布檢測(cè)設(shè)備、電化學(xué)阻抗儀等電堆測(cè)試設(shè)備的工程應(yīng)用，為電堆狀態(tài)數(shù)據(jù)的可視化監(jiān)控提供了技術(shù)手段。

燃料電池關(guān)鍵零部件除電堆外，主要包括空壓機(jī)、加濕器、水泵、DC/DC和供氫回氫總成等?？諌簷C(jī)無論從開發(fā)難度和成本上，都是燃料電池關(guān)鍵零部件中最重要的部件。

目前從空壓機(jī)技術(shù)路線的發(fā)展趨勢(shì)來看，高壓比、高轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)壽命和低成本是目前各主機(jī)廠和空壓機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)共同追求的目標(biāo)，而且大多數(shù)采用空氣軸承和離心式空壓機(jī)，甚至更深一層的產(chǎn)品采用雙級(jí)增壓離心式空壓機(jī)，將壓比提高至3.5以上，轉(zhuǎn)速可達(dá)100 000 r/min以上。值得一提的是GARRETT公司[9]的兩級(jí)增壓式空壓機(jī)，最大壓比為4 h轉(zhuǎn)速可達(dá)120 000 r/min，其在增壓技術(shù)方面處于引領(lǐng)地位，2016年GARRETT第一款燃料電池用空壓機(jī)就在本田Clarity車型上進(jìn)行批量生產(chǎn)，憑著出色的高壓比、低功耗、低噪音等性能被業(yè)界認(rèn)可。GARRETT電動(dòng)壓縮器采用無油空氣箔片軸承，提高動(dòng)力輸出、減少燃料電池系統(tǒng)尺寸、重量和成本。

Hanon公司[10]在2006年為韓國(guó)現(xiàn)代公司燃料電池車開發(fā)了35 000 r/min的空壓機(jī)，一直到2015年其開發(fā)的60 000 r/min空壓機(jī)均采用滾珠軸承，但此類軸承潤(rùn)滑限制了空壓機(jī)的峰值轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速可從原來的80 m/s提高到225 m/s，且噪聲和壽命都顯著改善，所以經(jīng)過1D/2D/3D的設(shè)計(jì)與分析，Hanon于2018年成功開發(fā)并量產(chǎn)100 000 r/min的空氣軸承式空壓機(jī)，并應(yīng)用在現(xiàn)代燃料電池車NEXO的發(fā)動(dòng)機(jī)上。

空壓機(jī)轉(zhuǎn)速越高，壓比越大，燃料電池電堆輸出電功率越高，但與此同時(shí)，空壓機(jī)本身電損耗尤其在高轉(zhuǎn)速情況下會(huì)增加的更多，對(duì)燃料電池系統(tǒng)而言，其凈輸出功率可能反而下降。清華大學(xué)[11]認(rèn)為，空壓機(jī)泵頭葉輪出口與入口直徑比大，葉輪流道長(zhǎng)且狹窄，與最優(yōu)比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)相比，效率可下降5個(gè)百分點(diǎn)，導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)效率下降2個(gè)百分點(diǎn)，其與勢(shì)加透博公司一起研發(fā)的兩款空壓機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為90 000 r/min，比常規(guī)基于最優(yōu)比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的空壓機(jī)轉(zhuǎn)速低30%。

4 燃料電池電堆與膜電極技術(shù)趨勢(shì)

燃料電池電堆是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的核心，也是各主機(jī)廠與燃料電池電堆供應(yīng)商進(jìn)行技術(shù)角逐的舞臺(tái)。早在2014年豐田發(fā)布的“MIRAI”燃料電池汽車中，就搭載了豐田最新研發(fā)峰值功率達(dá)到114 kW的金屬雙極板燃料電池電堆。該燃料電池電堆具有電堆自加濕、3D鈦金屬網(wǎng)陰極流道等顯著技術(shù)特征[12]。得益于豐田在燃料電池電堆結(jié)構(gòu)與性能方面的優(yōu)化，使得在燃料電池系統(tǒng)層面取消了加濕器裝置，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在2015年本田公司發(fā)布的Clarity Fuel Cell燃料電池汽車中，也是得益于燃料電池電堆在冷卻流道與雙極板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使得燃料電池電堆體積較上一代車型縮小了33%。同時(shí)燃料電池電堆可以與DC/DC、空壓機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)一起放置在發(fā)動(dòng)機(jī)前機(jī)艙。整個(gè)燃料電池系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)組合在一起，體積與傳統(tǒng)V6內(nèi)燃機(jī)體積類似，也就是行業(yè)內(nèi)所稱的Fu?el Cell Engine“燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)”的概念。

從燃料電池電堆整體技術(shù)路線的發(fā)展趨勢(shì)來看，高比功率、長(zhǎng)壽命、低成本是目前各主機(jī)廠和燃料電池電堆研發(fā)機(jī)構(gòu)共同追求的目標(biāo)。加拿大Ballard公司在新能源市場(chǎng)領(lǐng)域認(rèn)為在重載車和長(zhǎng)續(xù)航里程方面，燃料電池汽車要比純電動(dòng)汽車具有明顯的優(yōu)勢(shì)[13]。對(duì)于重載卡車、客車等商用車，Ballard公司提出了燃料電池全生命周期成本的概念。同時(shí)基于這種概念，該公司也在商用車領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)布局。在2018年德國(guó)漢諾威展上發(fā)布了其下一代高性能液冷式燃料電池電堆FCgen?-LCS[14]。與之前的液冷式電堆相比，F(xiàn)Cgen?-LCS系列電堆產(chǎn)品雖然一樣使用的是碳材質(zhì)的雙極板，但是通過MEA性能提升與催化劑載量降低等手段，在成本方面預(yù)計(jì)總體減少40%；電堆壽命方面，通過改進(jìn)MEA和工藝以及采用可重復(fù)使用的碳雙極板和成型壓模硬件，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃使用壽命超過30 000 h，長(zhǎng)于許多車輛的使用壽命。該型號(hào)的燃料電池電堆在低溫冷啟動(dòng)性能方面，也通過優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了-25℃的冷啟動(dòng)能力。

隨著中國(guó)燃料電池商用車市場(chǎng)的逐步升溫，國(guó)際上越來越多的燃料電池系統(tǒng)/電堆供應(yīng)商紛至沓來，尋找在國(guó)內(nèi)的合作機(jī)會(huì)與市場(chǎng)。在近期召開的第3屆氫能燃料與燃料電池汽車大會(huì)上，來自美國(guó)的Nuvera公司[15]和荷蘭的Nedstack公司[16]也都展示了相應(yīng)的商用車解決方案。

MEA作為燃料電池電堆的關(guān)鍵零部件，無論從電堆結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)方面還是從壽命與成本方面，都起到了決定性的作用。如果說燃料電池電堆是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的核心，那么MEA就是核心中的核心。近年來，從車用質(zhì)子交換膜燃料電池這一發(fā)展方向看，MEA的技術(shù)路線一直都是朝著高功率密度、高機(jī)械與熱耐受強(qiáng)度、低成本和長(zhǎng)壽命的方向進(jìn)行發(fā)展。Gore公司作為全球質(zhì)子交換膜和膜電極的巨頭，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于豐田MIRAI、本田Clarity、現(xiàn)代NEXO、上汽榮威FC 950等燃料電池車型中[17]，同時(shí)Gore公司也是Ballard公司質(zhì)子交換膜的主要供應(yīng)商。目前Gore公司開發(fā)的ePTFE系列質(zhì)子交換膜通過技術(shù)革新實(shí)現(xiàn)在110℃高溫與20%RH低濕度下耐久性提升25%以上的效果。未來該產(chǎn)品可以幫助主機(jī)廠在提升燃料電池電堆壽命的同時(shí)，降低整車散熱系統(tǒng)負(fù)荷。通過打破常規(guī)的創(chuàng)新思路，Gore公司找到了功率密度和機(jī)械耐久性間的平衡，在下一代產(chǎn)品中將提供厚度減少到7.5 μm的質(zhì)子交換膜產(chǎn)品。同時(shí)Gore公司具有定制ePTFE的結(jié)構(gòu)來滿足燃料電池膜需求的專有技術(shù)，滿足汽車主機(jī)廠的批量供應(yīng)與成本控制的需求。3M公司也是全球知名的質(zhì)子交換膜和膜電極供應(yīng)商之一，其產(chǎn)品廣泛的應(yīng)用于燃料電池叉車、備用電源、固定發(fā)電和燃料電池汽車領(lǐng)域。3M公司開發(fā)的納米纖維強(qiáng)化質(zhì)子交換膜可以顯著改善膜電極在高溫下的性能表現(xiàn)，提升高溫性能和耐久性[18]。同時(shí)3M公司也在致力于向主機(jī)廠提供高功率密度、低成本和長(zhǎng)壽命的質(zhì)子交換膜和膜電極產(chǎn)品。英國(guó)Johnson Matthey公司是一家全球性的催化劑和貴金屬專用化學(xué)品公司，掌握燃料電池鉑金催化劑的核心生產(chǎn)工藝技術(shù)。該公司提供從質(zhì)子交換膜燃料電池催化劑、質(zhì)子交換膜、膜電極等不同層級(jí)的產(chǎn)品來滿足不同客戶的需求[19]。在未來的膜電極產(chǎn)品，該公司將會(huì)通過采用高性能合金催化劑和催化劑納米結(jié)構(gòu)控制等手段來提升膜電極產(chǎn)品性能同時(shí)降低生產(chǎn)制造成本。

5 燃料電池法規(guī)發(fā)展趨勢(shì)

全球氣候變暖與能源危機(jī)成為全世界需要共同面臨的問題，習(xí)近平總書記指出中國(guó)應(yīng)引導(dǎo)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)際合作，成為全球生態(tài)文明建設(shè)的重要參與者、貢獻(xiàn)者、引領(lǐng)者。這就預(yù)示著大力發(fā)展新能源汽車尤其是零排放的氫燃料電池汽車，將成為中國(guó)乃至全球發(fā)展的必然趨勢(shì)。全球陸續(xù)發(fā)布了限售與限行傳統(tǒng)能源車的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與措施。燃油車逐漸被新能源車取代已經(jīng)成為不容置疑的事實(shí)。自從豐田發(fā)布第一款氫燃料電池車MIRAI以來，使得氫燃料電池車再次得到廣大OEM的重視，分別又有本田Clarity以及現(xiàn)代NEXO等氫燃料電池車型，掀起了新一輪的發(fā)展，各國(guó)也紛紛出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)燃料電池的發(fā)展，隨著燃料電池產(chǎn)品化的逐步實(shí)現(xiàn)，相關(guān)的檢測(cè)和認(rèn)證必不可少，其中標(biāo)準(zhǔn)作為檢測(cè)和認(rèn)證的依據(jù)，對(duì)于引領(lǐng)和規(guī)范產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

其中同濟(jì)大學(xué)[20]基于與德國(guó)IPEK（KIT）合作項(xiàng)目，對(duì)中國(guó)和德國(guó)燃料電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要對(duì)比分析，對(duì)比分析結(jié)果見下表

表1 中德燃料電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

從表1中對(duì)比分析可以看出，燃料電池國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外還有一些差距，國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)更加系統(tǒng)化，規(guī)則化，而中國(guó)近年來燃料電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)量上有一定優(yōu)勢(shì)，但在部分層面評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍然欠缺，比如對(duì)燃料電池汽車整車表現(xiàn)的評(píng)價(jià)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)面對(duì)用戶方案和汽車特點(diǎn)，需要更加系統(tǒng)化以優(yōu)化過程和方法。

燃料電池涉及的產(chǎn)業(yè)鏈比較長(zhǎng)，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)也比較多，但是鑒于燃料電池此前一直處于研發(fā)階段，真正制定燃料電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)委員會(huì)并不多，主要是幾個(gè)與燃料電池直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，主要包括：全國(guó)燃料電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 342）、全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 309）、全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)電動(dòng)車輛分技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 114/SC 27）、全國(guó)氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)車用高壓燃料氣瓶分技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 31/SC 8）。在全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，各個(gè)標(biāo)委會(huì)協(xié)同合作，共同推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在燃料電池領(lǐng)域相關(guān)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也在各標(biāo)委會(huì)的努力下逐步得到完善。在2017年，新發(fā)布燃料電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)3項(xiàng)，包括GB/T 35178—2017《燃料電池電動(dòng)汽車氫氣消耗量測(cè)量方法》、GB/T 35544—2017《車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》、GB/T33978—2017《道路車輛用質(zhì)子交換膜燃料電池模塊》；2018年新發(fā)布燃料電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，GB/T 36288—2018《燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電堆安全要求》。另外，已有的一些標(biāo)準(zhǔn)如GB/T 24549—2009《燃料電池電動(dòng)汽車安全要求》正在修訂完善，新增氫氣傳感器位置與氫泄露測(cè)量方法等，使得原來的標(biāo)準(zhǔn)更加完善可靠。

中國(guó)汽車技術(shù)研究中心[21]在其自身建立的FCV整車性能測(cè)評(píng)體系中將燃料電池整車評(píng)價(jià)分為了安全性、續(xù)駛能耗、環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性、動(dòng)力性、NVH和道路驗(yàn)證7個(gè)大方面，同時(shí)將燃料電池汽車測(cè)試評(píng)價(jià)體系分為系統(tǒng)、電堆和輔助系統(tǒng)三個(gè)大方向。

清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院[22]對(duì)中國(guó)南方現(xiàn)有豐富的棄水資源進(jìn)行了分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，可利用棄水制氫。并提出棄水制氫策略并建立制氫大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫的聯(lián)合調(diào)控，完善氫燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈。

6 氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)趨勢(shì)

燃料電池汽車的主要燃料是氫氣，所以氫能的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與燃料汽車行業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。目前交通運(yùn)輸行業(yè)的規(guī)模與體量與日俱增，包括輪船、飛機(jī)、汽車、叉車等等。隨著近年來國(guó)際氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)，涌現(xiàn)出很多研發(fā)成果與技術(shù)創(chuàng)新。世界各國(guó)已經(jīng)紛紛啟動(dòng)對(duì)氫能的研究和嘗試。并且，在前些年遠(yuǎn)景規(guī)劃的基礎(chǔ)上，一些有規(guī)模的試點(diǎn)業(yè)已啟動(dòng)，氫能產(chǎn)業(yè)鏈開始逐步顯現(xiàn)。

在美國(guó)，有關(guān)部門2001年就曾勾畫出氫能發(fā)展的藍(lán)圖：在未來的氫經(jīng)濟(jì)中，美國(guó)將擁有安全、清潔以及繁榮的氫能產(chǎn)業(yè)，美國(guó)消費(fèi)者將像現(xiàn)在獲取汽油、天然氣或電力那樣方便地獲取氫能。2003年，美國(guó)宣布啟動(dòng)總額超過12億美元的氫燃料計(jì)劃。目前，美國(guó)已經(jīng)從政策的評(píng)估、制定轉(zhuǎn)向以技術(shù)研發(fā)、示范為起點(diǎn)的系統(tǒng)化實(shí)施階段。2017年，在美國(guó)加利福尼亞州，殼牌石油與豐田合作，在當(dāng)?shù)亟⒘?座加氫站，使全州的加氫站數(shù)量增加到了25座。一個(gè)擁有5座加氫站的供應(yīng)商甚至宣布，他們提供的氫氣每公斤少于10美元（約70元人民幣），這一定價(jià)被看作氫能定價(jià)的關(guān)鍵里程碑。

在歐洲，歐盟25國(guó)促成的歐洲研究區(qū)專家認(rèn)為，到2020年，成員國(guó)中會(huì)有5%的新型汽車和2%的船舶使用氫能產(chǎn)品；到2030年后，其市場(chǎng)占有率不斷提高，預(yù)計(jì)屆時(shí)氫能制造主要來自于可再生能源和先進(jìn)的核能。其中，德國(guó)在氫能和燃料電池技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。德國(guó)制定并執(zhí)行了嚴(yán)格的氫能法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，涉及氫能的生產(chǎn)、運(yùn)輸、加注、車輛的使用和購(gòu)買等。2017年，寶馬、奔馳等車企已開始商業(yè)化發(fā)展氫燃料電池汽車。

日本因自身能源缺乏，非常重視新能源開發(fā)，也是最早系統(tǒng)制定氫能發(fā)展規(guī)劃的國(guó)家。日本1993年啟動(dòng)世界能源網(wǎng)項(xiàng)目，其目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)環(huán)球能源網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)氫能的高效供應(yīng)、輸送和利用。日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展機(jī)構(gòu)氫能主任大平英二在中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)高峰論壇上表示，氫能已經(jīng)成為日本的基本戰(zhàn)略，成為全球首個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略。2050年，日本希望將氫氣作為可再生能源后的另一種新能源，并且制定了使氫氣價(jià)格從2030年的3美元（約21元人民幣）/kg降至2050年2美元（14元人民幣）/kg的目標(biāo)。

回首國(guó)內(nèi)，2016年3月我國(guó)發(fā)改委制定的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）》提出，把可再生能源制氫、氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新作為重點(diǎn)任務(wù)；把氫的制取、儲(chǔ)運(yùn)及加氫站等方面的研發(fā)與攻關(guān)、燃料電池分布式發(fā)電等作為氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新的戰(zhàn)略方向；把大規(guī)模制氫技術(shù)、分布式制氫技術(shù)、氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)、氫能燃料電池技術(shù)等列為創(chuàng)新行動(dòng)。2017年，科技部和交通運(yùn)輸部聯(lián)合印發(fā)的《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》明確提出，推進(jìn)氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展，以及加氫站建設(shè)和燃料電池汽車規(guī)模示范，形成較完整的加氫設(shè)施配套技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)體系。在這個(gè)背景下，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化步伐正不斷加快，一些地方和能源企業(yè)紛紛布局氫能項(xiàng)目。

在氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，氫能是未來重要的能源重要發(fā)展方向已成為國(guó)內(nèi)外共識(shí)。應(yīng)該利用可再生資源發(fā)電，電子交換膜技術(shù)電解水制氫，可以大幅度降低氫氣成本并做到綠色環(huán)保。對(duì)標(biāo)柴油汽車的運(yùn)行成本，氫氣必須降低至40元人民幣/kg才能有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。利用可再生能源和液氫運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)去支持整個(gè)供應(yīng)鏈成本的降低和優(yōu)化可以大幅度降低運(yùn)輸成本，每公斤氫氣的成本可以降低至5元人民幣左右的水平[23]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)氫氣產(chǎn)量約為2 100萬噸，其中用于生產(chǎn)合成氨、甲醇的原料氫占比約65%，用于石油煉制加氫等的占比約33%，工業(yè)氫氣占比約2%，用作氫能載體仍僅為示范性工程。

全國(guó)政協(xié)副主席萬鋼表示，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在燃料電池基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展、氫能裝備制造等方面仍相對(duì)滯后，特別是一些關(guān)鍵技術(shù)與國(guó)外仍存在差距，產(chǎn)業(yè)鏈較為薄弱。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，制氫、供氫和加氫的系統(tǒng)先進(jìn)性有待提升，制氫成本有待降低，氫設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)落后等也制約著產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

7 結(jié)束語

目前，汽車產(chǎn)業(yè)正在面臨一場(chǎng)新的能源革命，氫能是未來交通領(lǐng)域重要的能源之一。通過本次國(guó)際氫能與燃料電池汽車大會(huì)，全世界氫能與燃料電池技術(shù)的開發(fā)者、燃料電池汽車制造商、氫能燃料電池領(lǐng)域投資者和政府政策的制定者齊聚一堂，攜手促進(jìn)氫能及燃料電池汽車的商業(yè)化發(fā)展。大會(huì)通過促進(jìn)氫能與燃料電池技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際交流、展示與合作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)共贏，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。期待未來氫能與燃料電池汽車領(lǐng)域有更多的聲音。