摘要：氫燃料電池是以氫氣為主要燃料通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的一種裝置，具有零污染、燃料來源廣泛、能量轉(zhuǎn)化率高等特性，這也使其成為新能源行業(yè)里的標(biāo)桿性技術(shù)，代表著未來新能源的發(fā)展方向，更被譽(yù)為水力發(fā)電、火力發(fā)電、核電之后的“第四代發(fā)電系統(tǒng)”。我國(guó)對(duì)于燃料電池的研發(fā)起步較晚但后勁十足，近年來呈現(xiàn)了蓬勃之勢(shì)，然而在行業(yè)的高速發(fā)展下也遇到了阻礙其前行的桎梏。

近年來我國(guó)新能源汽車及動(dòng)力電池行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，眾多企業(yè)也似乎嗅到了產(chǎn)業(yè)風(fēng)向，除了大力布局傳統(tǒng)新能源汽車外也紛紛加碼氫燃料電池行業(yè)，從2001年開始，我國(guó)氫燃料電池相關(guān)企業(yè)數(shù)量開始大幅度增加，近兩年增長(zhǎng)率達(dá)到75%，氫燃料電池相關(guān)行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展期。
      除了企業(yè)方面的投入，國(guó)家層面也高度重視氫燃料電池的發(fā)展，近幾年，國(guó)家在頒布的各類關(guān)于“新能源汽車”的相關(guān)政策中，反復(fù)強(qiáng)調(diào)燃料電池汽車是一個(gè)重要探索方向。在《中國(guó)制造2025》中對(duì)燃料電池汽車的發(fā)展提出三個(gè)階段：第一是在關(guān)鍵材料零部件方面逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，第二是燃料電池和電堆整車性能逐步提升，第三是要實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車的運(yùn)行規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，到2025年，制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施基本完善。中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中則明確提出，我國(guó)在2020年實(shí)現(xiàn)5000輛級(jí)燃料電池汽車應(yīng)用，在2025年實(shí)現(xiàn)5萬(wàn)輛級(jí)的應(yīng)用。國(guó)家層面政策的出臺(tái)，也為燃料電池行業(yè)注入一針“強(qiáng)心劑”，也成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的“指南針”。在政策的春風(fēng)和資金的涌入下，我國(guó)燃料電池及其所應(yīng)用的汽車領(lǐng)域都得到前所未有的發(fā)展。就如任何一個(gè)新興行業(yè)一樣，在高速發(fā)展的某一階段必然會(huì)遇到一個(gè)阻礙其前進(jìn)的“攔路虎”。對(duì)于我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)而言而言，技術(shù)瓶頸、商業(yè)化滯后、產(chǎn)業(yè)鏈缺失等都成為行業(yè)發(fā)展的桎梏。
       桎梏一：我國(guó)燃料電池關(guān)鍵技術(shù)較為落后與國(guó)外差距較大
目前，新能源汽車主要集中于鋰電池電動(dòng)汽車和燃料汽車，在鋰電池電動(dòng)汽車領(lǐng)域我國(guó)將要做到“彎道超車”，而在燃料電池汽車領(lǐng)域里卻還是個(gè)慢行者，現(xiàn)階段我國(guó)燃料電池汽車只在小范圍內(nèi)推廣，且無法做到大規(guī)模量產(chǎn)，同時(shí)在性能方面與國(guó)外燃料電池汽車的排頭企業(yè)相比也存在一定差距。以已經(jīng)量產(chǎn)的豐田Mirai乘用車為例，其最大功率可達(dá)114kW，續(xù)航里程達(dá)502km，系統(tǒng)體積功率密度達(dá)到1400W/L，質(zhì)量功率密度850kW/kg。而國(guó)產(chǎn)燃料電池乘用車以榮威950為例，功率只有55kW左右，續(xù)航里程400km，系統(tǒng)體積功率密度只有400W/L，質(zhì)量功率密度僅為250kW/kg。而性能差異如此之大的主要原因還是關(guān)鍵技術(shù)的落后。
      我國(guó)在燃料電池電堆關(guān)鍵材料如催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板、炭紙等方面已經(jīng)有所布局，但還處于小規(guī)模量產(chǎn)甚至是實(shí)驗(yàn)室階段，產(chǎn)品的一致性和可靠性尚無法保障，關(guān)鍵材料還是主要依賴進(jìn)口。在燃料電池系統(tǒng)配件方面，如空氣供應(yīng)系統(tǒng)里的空氣壓縮機(jī)、膨脹機(jī)及儲(chǔ)氫瓶等關(guān)鍵部件也已經(jīng)小規(guī)模量產(chǎn)，但性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期。
      我國(guó)近年來加大了對(duì)燃料電池及其核心部件的研發(fā)力度，但與國(guó)外相比在產(chǎn)品性能上的差距還十分明顯。目前我國(guó)燃料電池電堆功率密度最高可達(dá)2kW/L、輸出功率在60kW，國(guó)際先進(jìn)水平電堆功率密度達(dá)到了3kW/L左右，輸出功率達(dá)到110kW；燃料電池催化劑方面國(guó)內(nèi)每千瓦的鉑用量大概0.3克，國(guó)際水平已經(jīng)達(dá)到0.06克以下，大大降低了燃料電池的成本；在膜電極耐久性方面國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)工況實(shí)測(cè)壽命大概在3000小時(shí)左右，國(guó)外已經(jīng)達(dá)到了9000小時(shí)。燃料電池配套系統(tǒng)方面，空氣供給系統(tǒng)中的重要部件空氣壓縮機(jī)主要依賴進(jìn)口；儲(chǔ)氫系統(tǒng)方向我國(guó)已經(jīng)可以獨(dú)立研發(fā)生產(chǎn)35MPa儲(chǔ)氫瓶，而國(guó)外已經(jīng)逐步應(yīng)用70MPa儲(chǔ)氫瓶及儲(chǔ)氫系統(tǒng)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)。針對(duì)這些技術(shù)痛點(diǎn)問題，我國(guó)企業(yè)和科研團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)加強(qiáng)自主研發(fā)能力，打破國(guó)外關(guān)鍵技術(shù)的壟斷，實(shí)現(xiàn)核心零部件國(guó)產(chǎn)化，推動(dòng)我國(guó)燃料電池行業(yè)的良性發(fā)展。
      桎梏二：國(guó)內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈不完備 流程化能力不足
一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不光有技術(shù)上的突破，更要有上下游產(chǎn)業(yè)鏈的全面完善，對(duì)于氫燃料電池更是如此。從上游產(chǎn)業(yè)的氫氣制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸，下游產(chǎn)業(yè)鏈的加氫站建設(shè)和電池設(shè)備的后期維護(hù)，無論哪一環(huán)節(jié)的缺失都會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成抑制作用。
      從制氫角度來講，目前國(guó)內(nèi)氫氣供應(yīng)主要是采用化石燃料制氫的方法，仍然離不開對(duì)化石燃料的依賴，制造過程中會(huì)排出二氧化碳等溫室氣體，導(dǎo)致燃料電池環(huán)保價(jià)值降低，這也與發(fā)展燃料電池的初衷相悖。而如何利用可再生能源，諸如風(fēng)電制氫、光伏制氫達(dá)到無污染零排放的目的，也成為我國(guó)氫產(chǎn)業(yè)首先要攻克的難題。
      從氫燃料存儲(chǔ)運(yùn)輸角度來講，氫氣是一種易燃易爆的氣體，其爆炸極限是4%到74%，也就說在氫氣濃度4%時(shí)即可產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸，處于一個(gè)及其危險(xiǎn)的區(qū)域內(nèi)。除此之外，在氫氣的儲(chǔ)存中還有一個(gè)特別危險(xiǎn)的現(xiàn)象“氫脆”，可以認(rèn)為是氫氣對(duì)鋼材的一種腐蝕，導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，這也對(duì)氫燃料的存儲(chǔ)和運(yùn)輸提出了更高的要求。以目前的技術(shù)來看在保證安全性和便捷性的同時(shí)也就相應(yīng)的提高了運(yùn)輸儲(chǔ)存成本，以儲(chǔ)運(yùn)液態(tài)氫氣為例，液態(tài)拖車單次運(yùn)輸10t/d的規(guī)模，不考慮過路費(fèi)的情況下，200km的運(yùn)氫價(jià)格為12.25元/kg，在100t/d的運(yùn)輸規(guī)模下,200km的運(yùn)氫價(jià)格為8.57元/kg，這也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃油的運(yùn)輸成本。從加氫設(shè)備角度來看，截至2018年2月，國(guó)內(nèi)已建成并正在運(yùn)營(yíng)的加氫站僅有12座，另有在建的加氫站19座。而對(duì)于我國(guó)龐大的新能源汽車市場(chǎng)來講，這些加氫站只是九牛一毛。如果加氫站的建設(shè)速度無法跟上燃料電池汽車的發(fā)展速度，那將會(huì)發(fā)生有車卻無處可加氫氣的尷尬局面。
      針對(duì)目前我國(guó)加氫站建設(shè)情況中國(guó)工程院院士干勇認(rèn)為，我國(guó)加氫站雖然建設(shè)規(guī)模較小，但相應(yīng)的痛點(diǎn)問題已經(jīng)暴露了出來，國(guó)產(chǎn)加氫站尚無法達(dá)到3-5分鐘快速加氫的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)壓縮機(jī)、加氫機(jī)及儲(chǔ)氫罐等關(guān)鍵設(shè)備選型追求廉價(jià)，企業(yè)以短期盈利為主要目的，無法滿足長(zhǎng)期連續(xù)可靠運(yùn)營(yíng)要求。此外，有關(guān)加氫站的規(guī)劃、設(shè)計(jì)施工、驗(yàn)收、關(guān)鍵設(shè)備選型等方面都缺乏行業(yè)規(guī)范，這些都是發(fā)展燃料電池汽車必須要攻克的難題。只有加強(qiáng)燃料電池上下游產(chǎn)業(yè)的全面建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，企業(yè)不以短期盈利為主要目的，才能實(shí)現(xiàn)燃料電池行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。
      結(jié)語(yǔ)
      針對(duì)目前我國(guó)燃料電池行業(yè)現(xiàn)狀，打破發(fā)展的桎梏急需兩點(diǎn)：一是加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，彌補(bǔ)與國(guó)外企業(yè)的技術(shù)差距，實(shí)現(xiàn)技術(shù)到生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化；二是實(shí)現(xiàn)燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的布局，從上游產(chǎn)氫儲(chǔ)氫、中游燃料電池的推廣應(yīng)用到下游加氫終端設(shè)備的建設(shè)全面實(shí)現(xiàn)流程化，促進(jìn)我國(guó)氫燃料電池行業(yè)的良性發(fā)展。