2019年5月11日下午，上海交大燃料電池研究所所長章俊良在出席第十一屆中國汽車藍皮書論壇第二日會議時去創新，并發(fā)表了題為“車用燃料電池技術(shù)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)”的演講足夠的實力，他認為燃料電池在歐美日發(fā)達國家已有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈緊迫性，而在我國還有很多短板，核心技術(shù)和原材料依賴進口多種場景，對產(chǎn)業(yè)鏈上游重視不夠，而燃料電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的主要難點在于成本規劃，并對如何降低燃料電池核心部件的成本發(fā)表了自己的看法擴大公共數據。

各位領(lǐng)導，各位專家帶動擴大，大家下午好核心技術體系！我來自上海交通大學燃料電池研究所，非常感謝“2019第十一屆中國汽車藍皮書論壇”的邀請持續發展，有機會跟大家做一個匯報和交流必然趨勢。

我演講的題目是“車用燃料電池技術(shù)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)”。

燃料電池的原理和結(jié)構(gòu)

燃料電池工作方式其實是跟內(nèi)燃機一樣的擴大，把燃料（氫氣）輸入到燃料電池里面去多樣性，吸入空氣中的氧氣，發(fā)生化學反應新格局，生成水發(fā)電明顯，一部分余熱放出來。

它的特點是顯示，效率高創新為先、綠色、無污染集聚，被認為是我們汽車能源的終ji方案競爭力，直接可以將氫氣化學能轉(zhuǎn)化為電能，效率可以占60%以上狀況，無排放污染機製性梗阻，排出來的是純水。

它的關(guān)鍵材料全過程，包括膜電極生產效率、碳紙、催化劑效果、雙極板等使用。把燃料電池的原理放到電堆里面看，除了剛才提到的膜電極密度增加、催化劑有效性、碳紙，還包括密封材料機遇與挑戰、端板廣泛關註、輔助結(jié)構(gòu)善於監督，形成電堆，電堆就是功能部件了就能壓製。

這是在系統(tǒng)里面的組成部件更合理，為什么說跟內(nèi)燃機工作方式是類似的，它除了有電堆之外更優美，還會有空氣單元各方面，就是空壓機，還有氫氣單元成效與經驗，就是供氫系統(tǒng)適應性，相當于汽車里面的燃油系統(tǒng)，甚至還有氮氣單元稍有不慎，提供燃料電池保護重要作用，還有散熱循環(huán)水單元，我們內(nèi)燃機里面也有散熱系統(tǒng)最為顯著，還有控制單元尤為突出，當然這些都是以電堆為中心來組織它的運行機理。

系統(tǒng)放到車里面去環境，還要有電池來協(xié)助協同控製，共同來推動汽車的運動，包括DC/DC的控制品質，終是到電動機上利用好，驅(qū)動輪轂電機。

目前解決問題，燃料電池已經(jīng)作為汽車動力系列，已經(jīng)應用到乘用車和商用車里面了。簡而言之相互配合，燃料電池用氫氣慢體驗、氧氣，工作方式跟內(nèi)燃機非常相近智能化，只要有燃料供應就可以發(fā)電科技實力。

燃料電池的趨勢和背景

下面介紹一下燃料電池的發(fā)展趨勢和國內(nèi)外的背景。從背景來講建設，化學能源是一次能源在此基礎上，它在枯竭的時候，必須要有可再生能源來替代前來體驗，燃料電池是比較理想的替代品自主研發。

2040年，主要產(chǎn)油國都只能保證本國消耗更加廣闊，2080年損耗，*的石油可能就用光了講故事，到時候用什么動力，是值得我們思考的性能穩定。

迫于環(huán)境壓力全面革新，不管是美國、歐洲情況正常、中國行業分類，排放法規(guī)都是越來越嚴苛的，只有新能源技術(shù)才能從根本上解決這些排放問題醒悟，這已經(jīng)取得了能源動力界的共識數據顯示。

到2050年高質量，二氧化碳排放水平要降到2005年的一半水平也逐步提升，我們國家對此也做過承諾，要達到這個目標延伸，燃料電池汽車和純電汽車必將是未來汽車動力的主流認為。

2017年，工信部辛國斌副部長就提到了禁售燃油車新趨勢，當時因為各個國家紛紛提出來了燃油車慢慢要禁售反應能力，甚至印度也說要禁售燃油車，當時辛部長也說我們中國也要開始研究制定傳統(tǒng)燃油車停產(chǎn)停售的時間表學習，節(jié)能減排已經(jīng)成為國內(nèi)外的一個大的趨勢結構重塑。 

從車廠來看，歐洲的應用優勢、日本的高質量發展、美國的主流汽車廠，都已經(jīng)開始紛紛講高效節能，要陸續(xù)停產(chǎn)燃油車影響力範圍，據(jù)我所知，至少很多車廠新燃油車的研發(fā)都已經(jīng)停掉了新創新即將到來，研發(fā)都集中在電動車和燃料電池汽車上邁出了重要的一步，當然燃油車還在生產(chǎn)。

新能源汽車設施，作為我們國家戰(zhàn)略需求，其實不僅僅是解決燃油能源和環(huán)境的問題，其實關(guān)乎中國在這一輪的能源動力革命上是不是能占領(lǐng)制高點組合運用，對于我們國家的長期經(jīng)濟會有深遠的影響真諦所在。

如果大家了解一下能源動力的歷史，可能會發(fā)現(xiàn)競爭力，其實每一代能源革命的成果至少管一百年以上充分。從第yi代蒸汽輪機到發(fā)展到內(nèi)燃機進一步完善，其實現(xiàn)在能源動力還是內(nèi)燃機為主的，都是有一百多年的歷史競爭力。

現(xiàn)在我們機會來了調整推進，我們錯過了第yi代，也錯過了第二代機製性梗阻，現(xiàn)在的電動化時代機製，中國是不是走到*zui前面去，可能我們在座的都要貢獻自己的力量集成應用。

這幾年探討，大家談了很多鋰離子電池的電動化，燃料電池跟鋰離子電池有什么區(qū)別呢服務效率？其實在發(fā)電上明確相關要求，它們都是用電化學能源來發(fā)電，就是說把化學能轉(zhuǎn)為電能統籌發展，或者把電能轉(zhuǎn)為化學能深化涉外，來回互換。

對于燃料來講生產製造，儲存在儲氫罐里開展試點，加注非常快共同，增加里程不會增加發(fā)動機的體積推進一步，動力電池可能是恰恰相反，它能量全部儲存在電池里面簡單化，會產(chǎn)生一系列不一樣的地方力度。

對于新能源汽車，到底是選擇燃料電池汽車還是鋰電池汽車優勢，業(yè)界基本上也有一個共識善謀新篇，就是一定里程范圍內(nèi)，可能鋰電池更有優(yōu)勢便利性，超過一定里程應該是燃料電池的天下方法，為什么？這是因為這兩種方案的成本提供有力支撐、材料特征切實把製度、科學原理都有各自的瓶頸。

當然自行開發，具體說跑多少公里就是燃料電池占優(yōu)進行部署，要根據(jù)技術(shù)發(fā)展水平，根據(jù)各個國家的政策而定，以前是有一個130公里的分割線保護好，當時是通用汽車論證的組建。

我曾經(jīng)在通用汽車工作很多年，通用汽車認為行駛里程在130公里以下特點，可能是鋰電池的天下深刻變革，但是130公里到200公里左右可能是共存的，大于200公里就是燃料電池占優(yōu)勢的區(qū)間部署安排。

里程達到130公里的時候搖籃，其實兩個方案的設備體積是差不多的，里程再加長推廣開來，鋰電池的成本是呈指數(shù)增加推動，而燃料電池只是增加儲氫罐的數(shù)量和體積，所以價格增長是非常平緩的資源配置。

從加氫站和充電樁角度來看信息，如果要大規(guī)模布置加氫站和充電樁，尤其所謂的快充充電樁相互融合，其實長遠角度來講加氫站會比充電樁還便宜首要任務。

如果大規(guī)模布置綠色化，還要在10分鐘不同需求、20分鐘之內(nèi)充完電，充電樁不是簡單的事保持穩定，加氫站也要非常大的投入才能做到總之，但是至少是可比的。

加氫站我們國內(nèi)也有了支撐作用，*都已經(jīng)有了研學體驗，當然受限于法規(guī)和各種條件，國內(nèi)發(fā)展比較緩慢最為突出，但是從 “兩會”《政府工作報告》里可以發(fā)現(xiàn)落實落細， “十四五”中可能要大力推廣加氫站的建設。

就成本而言高效化，其實在過去十年燃料電池的成本已經(jīng)下降了一半多製高點項目，這是為什么目前大家都已經(jīng)看到，燃料電池汽車可能馬上要起來的樣子範圍和領域。

其實燃料電池的成本再下降38%有所增加，就接近了目標成本，可以跟內(nèi)燃機的成本相當更高要求，當然是指批量化的越來越重要的位置，不是指小規(guī)模的1000輛、1萬輛，而是指50萬輛以上的價格順滑地配合。

相關(guān)機構(gòu)預測來看深入，大概2030年左右，燃料電池價格可以達到內(nèi)燃機的水平逐漸顯現，基本上可以接上燃油車停產(chǎn)的時間表要落實好。

下面簡單講一下燃料電池的研發(fā)動態(tài)，不管是日本的車廠（如豐田更默契了、本田）先進技術，還是美國通用、德國車廠不合理波動，都已經(jīng)生產(chǎn)出自己的燃料電池汽車宣講手段，它的動力性和各方面的表現(xiàn)，都跟我們?nèi)加蛙囅喈敺e極拓展新的領域，可以看得出來配套設備，它實用化的技術(shù)問題基本上解決了。

關(guān)于它的壽命相對開放，據(jù)聯(lián)合技術(shù)公司（UTC）2018年公布的商用車燃料電池壽命已經(jīng)達到18000小時推進高水平，現(xiàn)在xian進的技術(shù)，壽命已經(jīng)超過27000小時了拓展應用，對于乘用車生產創效，大部分公司的燃料電池汽車壽命都在5000小時以上了。

據(jù)我去年知道的數(shù)據(jù)管理，豐田的燃料電池車跑了3000小時優化上下，車里邊的燃料電池一點變化都沒有，非常健康模樣，一點衰減都沒有生產體系，所以壽命是燃料電池的長處。

成本是燃料電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸

燃料電池的成本很重要，主要的瓶頸是其中的貴金屬用量能力和水平，我們大家都知道燃料電池里面用貴金屬鉑，目前大概是0.3克/千瓦到0.2克/千瓦異常狀況，從原來的1克/千瓦研究，到現(xiàn)在的0.3克/千瓦，過去15年左右統籌發展，鉑載量已經(jīng)下降了70%到80%了深化涉外，如果能下降到0.1克/千瓦，就可以全面普及燃料電池汽車的應用生產製造。

對于上的燃料電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)開展試點，不管是日本也好攜手共進、美國也好，還有歐洲充分發揮，它們其實都已經(jīng)有非常成熟的產(chǎn)業(yè)鏈高質量，包括從原材料、催化劑到極板選擇適用、膜電極管理，還有碳紙、電堆以及系統(tǒng)業務指導，非常完善的產(chǎn)業(yè)鏈都已經(jīng)出來了改進措施。 

我們中國，產(chǎn)業(yè)鏈后面會好一些長足發展，但前面其實是殘缺不全的今年。國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀，可以看一下我們國內(nèi)現(xiàn)在是什么情況結構不合理，大家都知道國外主流燃料電池是5000小時動手能力，UTC的燃料電池現(xiàn)在是27000小時了，國內(nèi)現(xiàn)在大概是3000小時左右意見征詢，當然還在提高提升。

5000小時是一個大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的門檻，按5000小時測算的必然要求，燃料電池可以在車上用10年研究成果。還有就是我們的成本，現(xiàn)在我國燃料電池的主要原材料還是依賴于進口運行好，成本上不占優(yōu)勢首次，這也是一個基本的結(jié)論可能性更大。

還有就是我們現(xiàn)在的投資部署安排，過多地集中于技術(shù)集成，對產(chǎn)業(yè)鏈上游關(guān)注不夠技術，尤其是低水平的重復投資比較多推廣開來，我希望引起業(yè)界和媒體界的關(guān)注。

燃料電池終要走向產(chǎn)業(yè)化相對較高，上游的東西不解決好資源配置，它是沒法大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的，無非就是拿一些國家補貼相關，所以說這個對我們國內(nèi)來講大力發展，尤其值得大家警惕。

我們國家 “十三五”期間就已經(jīng)發(fā)布了燃料電池發(fā)展路線圖等特點，當時“三縱三橫”里面包含燃料電池建言直達，燃料電池從技術(shù)路線、發(fā)展重點都已經(jīng)有了非常成熟的路線圖，現(xiàn)在一步一步地展開實施充分發揮。

從我所在上海市的角度來講發展成就，也是有遠期的、中期的重要方式、近期的規(guī)劃開展面對面，包括創(chuàng)建產(chǎn)業(yè)園區(qū)、重大專項非常重要、產(chǎn)業(yè)基金都非尺M一步提升；钴S，因為上海是燃料電池這塊人才營造一處、技術(shù)比較集中的地方不折不扣。

另外，我們?nèi)剂想姵亟绲娜耸恳聦毩菏空J為資源優勢，要大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化有四個基本條件高效利用，第yi是壽命要大于5000小時；第二是成本售價估算，如果不計補貼講理論，可以跟鋰電池車或者是燃油車接近；第三是基礎(chǔ)設施不要畏懼，要有廉價的氫氣供給服務為一體；第四，如果加上補貼逐漸顯現，整個產(chǎn)業(yè)鏈需要盈利全會精神，這樣才能做得下去。

當前國內(nèi)車用燃料電池尚未達到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的程度拓展基地，但是可以產(chǎn)業(yè)化集中展示，只是不能做幾百萬輛，那是不現(xiàn)實的體系流動性。

對于車用燃料電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化探索創新，我有一些自己的想法，不一定成熟實現了超越，我認為需要政府加強對燃料電池技術(shù)的投入生動、引導和規(guī)范，對研發(fā)應該加大經(jīng)費投入創新能力，降低燃料電池成本新品技，提高它的壽命。

比如我們的燃料電池壽命現(xiàn)在3000小時求得平衡，上是5000小時紮實做，做一個示范應用工程是可以的註入新的動力，要大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還是有點問題的。

我國在基礎(chǔ)設施上要加大加氫站的建設力度，政策要給予各類優(yōu)惠和刺激雙重提升，引導規(guī)范要對各個環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈都需要布局，而不只是集中于后端事關全面。尤其是幾個非常關(guān)鍵的問題表現明顯更佳，對于核心技術(shù)，一個就是低鉑載量技術節能、非貴金屬催化劑的研發(fā)指導，還有跟它匹配的膜電極的研發(fā)，長壽命極板涂層技術(shù)國際要求，衰減機理流動性，還有低功耗空壓機，它的要求非常高競爭激烈，一分鐘要達到15萬轉(zhuǎn)持續創新。

現(xiàn)在我們國內(nèi)也在成立各種專業(yè)化的公司，構(gòu)建成熟的產(chǎn)業(yè)鏈空白區，夯實產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)協調機製，這也是我們可以看到的一些進步。

如何解決低成本燃料電池的困境

低成本燃料電池的困境形勢，不管是國內(nèi)還是都面臨這樣一個問題實踐者，其實就是成本。目前燃料電池的性能包括低溫啟動約定管轄、壽命都已經(jīng)達到了產(chǎn)業(yè)化的要求數據，至少是成熟的水平。而成本發揮，至少還比門檻高1倍顯著，我們現(xiàn)在催化劑的成本是不足以支撐大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的。

那么積極性，是不是就沒有出路呢奮勇向前？這是它的一個路線圖，這是我自己總結(jié)出來的實施體系，從2000年到2015年，從1.1克/千瓦到現(xiàn)在的0.2克/千瓦各有優勢，降低了80%左右效果較好。

如果按照這個路線圖下去，可能2020-2025年之間能達到全面產(chǎn)業(yè)化的水平持續。這是根據(jù)什么來預測的呢等多個領域？根據(jù)路線圖來預測再獲，2000年到2008年的時候，用的其實是第yi代鉑碳催化劑應用擴展，2015年第二代鉑合金催化劑基本上已經(jīng)成熟了體驗區，現(xiàn)在已經(jīng)做到ji致了。那么第三代催化劑是什么活動上？如果第三代催化劑沒有有望，第三代膜電極沒有，燃料電池是走不下去的導向作用。

這里面技術(shù)細節(jié)我稍微講一下方案，利用超低鉑催化劑作為膜電極材料的時候會出現(xiàn)膜電極里面的傳質(zhì)問題，對此研發(fā)的結(jié)論十大行動，我們作為論文發(fā)表了左右，有興趣的可以找文獻看一看。

當鉑載量下降到0.05克/千瓦綜合措施，陰陽極加起來下降到0.1克/千瓦的時候可靠保障，電極里面?zhèn)鬟f質(zhì)子的阻力達到整個傳質(zhì)阻力的77%，這種阻力在以前高鉑情況下是可以忽略不計的設計標準，但是如果這77%的阻力不解決多種，那么鉑載量就下降不了。我們研究這里面的機理充分發揮，發(fā)現(xiàn)這既是一個經(jīng)濟問題發展成就，也是一個技術(shù)問題，終它是一個科學問題重要方式。

這個問題到底怎么解決開展面對面？我們做了大量的研發(fā)工作，現(xiàn)在我簡單講一些它的概念和結(jié)論無障礙，鉑裁量下降后連日來，鉑實際上是不夠用的。

我們現(xiàn)在用的都是鉑顆粒來做催化劑認為，只有表面的鉑原子會參與催化反應系統，如果把鉑原子全部鋪到其他金屬的表面，做成雞蛋殼的樣子重要意義，雞蛋殼的厚度是一個原子的厚度交流等，那么所有的鉑就都用上了，這樣的話鉑的用量就足夠了規劃。

這種設計可以讓鉑載量下降到原來的1/4-1/5提高，還可以減弱傳質(zhì)阻力。這是我們研究的結(jié)果進入當下，具體的結(jié)論不講了紮實。

我們做出來的催化劑和膜電極也得到一些應用效高化，目前從我們課題組出去的博士后開了公司，叫唐鋒能源投入力度，做膜電極的創造，目前第yi代、第二代膜電極都已經(jīng)成熟貢獻法治，投入批量生產(chǎn)了設備製造，在向主機廠批量供應，第三代是在試制批量過程中共享。我們的30千瓦電堆也做好了信息化，下一步做60千瓦到100千瓦的電堆∩鷦?？傮w來講新型儲能，燃料電池的技術(shù)水平進步還是比較快的。

總結(jié)一下新品技，我們國內(nèi)外燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)正在逐步成熟範圍，與發(fā)達國家相比，我們國家的燃料電池核心材料紮實做、部件水平空間廣闊、整體壽命還有一定的差距，低成本燃料電池發(fā)展主要受制于低鉑提供深度撮合服務、超低鉑的催化劑和膜電極用的舒心，就是第二代、第三代的催化劑集聚效應、膜電極集成，基礎(chǔ)問題和科學問題都需要解決。

第二代膜電極互動講，也就是國外用的主流膜電極穩定性，我們國內(nèi)主要的車廠可能只有上汽在用，用的就是我們研發(fā)生產(chǎn)的過程中，其他的車廠還沒有用第二代膜電極的去突破，這是我們國家的短板。

第二代膜電極是走不到終點的達到，一定要第三代出來智能設備。第三代是關(guān)鍵，我們上海交大燃料電池研究所對膜電極的研究走在*的前面智慧與合力，也有可能第三代從我們研究所直接出來了喜愛，那個時候確實可以引導燃料電池全面產(chǎn)業(yè)化。

感謝科技部和基金委開放要求、上海市科委向好態勢、上汽集團的經(jīng)費支持，還有我們團隊的老師服務機製、博士后貢獻力量，尤其感謝我們“中國汽車藍皮書論壇”的主辦方。