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)”。我國對于燃料電池的研發(fā)起步較晚但后勁十足，近年來呈現(xiàn)了蓬勃之勢，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。

近年來我國新能源汽車及動力電池行業(yè)市場規(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)入了一個高速發(fā)展期。
      除了企業(yè)方面的投入，國家層面也高度重視氫燃料電池的發(fā)展，近幾年，國家在頒布的各類關(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重要探索方向。在《中國制造2025》中對燃料電池汽車的發(fā)展提出三個階段：第一是在關(guān)鍵材料零部件方面逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，第二是燃料電池和電堆整車性能逐步提升，第三是要實現(xiàn)燃料電池汽車的運行規(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。中國汽車工程學(xué)會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中則明確提出，我國在2020年實現(xiàn)5000輛級燃料電池汽車應(yīng)用，在2025年實現(xiàn)5萬輛級的應(yīng)用。國家層面政策的出臺，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。就如任何一個新興行業(yè)一樣，在高速發(fā)展的某一階段必然會遇到一個阻礙其前進(jìn)的“攔路虎”。對于我國燃料電池產(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：我國燃料電池關(guān)鍵技術(shù)較為落后與國外差距較大
目前，新能源汽車主要集中于鋰電池電動汽車和燃料汽車，在鋰電池電動汽車領(lǐng)域我國將要做到“彎道超車”，而在燃料電池汽車領(lǐng)域里卻還是個慢行者，現(xiàn)階段我國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)，同時在性能方面與國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)甚至是實驗室階段，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。
      我國近年來加大了對燃料電池及其核心部件的研發(fā)力度，但與國外相比在產(chǎn)品性能上的差距還十分明顯。目前我國燃料電池電堆功率密度最高可達(dá)2kW/L、輸出功率在60kW，國際先進(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內(nèi)每千瓦的鉑用量大概0.3克，國際水平已經(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內(nèi)動態(tài)工況實測壽命大概在3000小時左右，國外已經(jīng)達(dá)到了9000小時。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；儲氫系統(tǒng)方向我國已經(jīng)可以獨立研發(fā)生產(chǎn)35MPa儲氫瓶，而國外已經(jīng)逐步應(yīng)用70MPa儲氫瓶及儲氫系統(tǒng)，技術(shù)優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國。針對這些技術(shù)痛點問題，我國企業(yè)和科研團(tuán)隊?wèi)?yīng)加強(qiáng)自主研發(fā)能力，打破國外關(guān)鍵技術(shù)的壟斷，實現(xiàn)核心零部件國產(chǎn)化，推動我國燃料電池行業(yè)的良性發(fā)展。
      桎梏二：國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈不完備 流程化能力不足
一個新興產(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，對于氫燃料電池更是如此。從上游產(chǎn)業(yè)的氫氣制取、儲存、運輸，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)的缺失都會對產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成抑制作用。
      從制氫角度來講，目前國內(nèi)氫氣供應(yīng)主要是采用化石燃料制氫的方法，仍然離不開對化石燃料的依賴，制造過程中會排出二氧化碳等溫室氣體，導(dǎo)致燃料電池環(huán)保價值降低，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，也成為我國氫產(chǎn)業(yè)首先要攻克的難題。
      從氫燃料存儲運輸角度來講，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%時即可產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸，處于一個及其危險的區(qū)域內(nèi)。除此之外，在氫氣的儲存中還有一個特別危險的現(xiàn)象“氫脆”，可以認(rèn)為是氫氣對鋼材的一種腐蝕，導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，這也對氫燃料的存儲和運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也就相應(yīng)的提高了運輸儲存成本，以儲運液態(tài)氫氣為例，液態(tài)拖車單次運輸10t/d的規(guī)模，不考慮過路費的情況下，200km的運氫價格為12.25元/kg，在100t/d的運輸規(guī)模下,200km的運氫價格為8.57元/kg，這也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃油的運輸成本。從加氫設(shè)備角度來看，截至2018年2月，國內(nèi)已建成并正在運營的加氫站僅有12座，另有在建的加氫站19座。而對于我國龐大的新能源汽車市場來講，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，那將會發(fā)生有車卻無處可加氫氣的尷尬局面。
      針對目前我國加氫站建設(shè)情況中國工程院院士干勇認(rèn)為，我國加氫站雖然建設(shè)規(guī)模較小，但相應(yīng)的痛點問題已經(jīng)暴露了出來，國產(chǎn)加氫站尚無法達(dá)到3-5分鐘快速加氫的國際標(biāo)準(zhǔn)，同時壓縮機(jī)、加氫機(jī)及儲氫罐等關(guān)鍵設(shè)備選型追求廉價，企業(yè)以短期盈利為主要目的，無法滿足長期連續(xù)可靠運營要求。此外，有關(guān)加氫站的規(guī)劃、設(shè)計施工、驗收、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，才能實現(xiàn)燃料電池行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。
      結(jié)語
      針對目前我國燃料電池行業(yè)現(xiàn)狀，打破發(fā)展的桎梏急需兩點：一是加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，彌補(bǔ)與國外企業(yè)的技術(shù)差距，實現(xiàn)技術(shù)到生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化；二是實現(xiàn)燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的布局，從上游產(chǎn)氫儲氫、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)全面實現(xiàn)流程化，促進(jìn)我國氫燃料電池行業(yè)的良性發(fā)展。