鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:853次 | 2021年11月27日
氫燃料動(dòng)力電池車發(fā)展現(xiàn)狀及展望
●追求最終化的汽車
當(dāng)代清潔能源汽車已進(jìn)入一個(gè)多元化、多樣化、多維化發(fā)展的世紀(jì),在電動(dòng)汽車領(lǐng)域,特別是純電動(dòng)汽車的發(fā)展居主導(dǎo)地位,不過(guò)要說(shuō)明,F(xiàn)CEV也是屬于電動(dòng)汽車序列中一種重要的,理想的新興產(chǎn)品。
當(dāng)代,全世界,當(dāng)然也包括我國(guó)正掀起一股FCEV熱,這是由于FCEV在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的創(chuàng)新,積累,進(jìn)化的實(shí)驗(yàn)性試制和試用過(guò)程中,已經(jīng)在相關(guān)的不少科技領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,這無(wú)論是在原理上驗(yàn)證,結(jié)構(gòu)上整合,功能上進(jìn)步都有了很好的顯現(xiàn),已形成一種波浪式軋跡上的躍遷,可以說(shuō)我們已經(jīng)看到了FCEV走向產(chǎn)業(yè)化的總趨勢(shì)。
由此國(guó)內(nèi)外一些科學(xué)家、工程師、學(xué)者和公司家再次提示:FCEV可能是汽車一種終端產(chǎn)品,而且會(huì)很好的引發(fā)令人十分向往的氫經(jīng)濟(jì)社會(huì)的來(lái)臨。在最近的一些汽車產(chǎn)業(yè)論壇上,汽車及相關(guān)業(yè)界人士對(duì)發(fā)展FCEV表現(xiàn)出更加有信心,認(rèn)為不應(yīng)再停留在示范上,而應(yīng)該大力推動(dòng)商業(yè)化的進(jìn)程,這是對(duì)推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)向新型方向發(fā)展,推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)由大變強(qiáng)的有力舉措之一。
那么到底FCEV有那些優(yōu)勢(shì)呢?請(qǐng)看,作為FCEV重要能源的氫,能量密度相當(dāng)?shù)暮?,我們以世界?biāo)準(zhǔn)的KW·h/kg為系數(shù),氫能為33.3,天然氣13.8,汽油12.1,煤氣8.4,氫能比汽油高出2倍多;氫作為二次能源,其資源十分豐富,只要有水就可以制氫,還有其他眾多產(chǎn)氫方法,是人類社會(huì)用之不盡的“氫礦”;FCEV運(yùn)行中排放出只是水,無(wú)論是對(duì)大氣的污染還是溫室氣體都應(yīng)是“零”;當(dāng)前FCEV一次充氣,可跑700公里,充氣只用3分鐘,而且還在不斷提升之中;當(dāng)前FCEV的制氫用氫成本昂貴,但要多看前景,可能10年前后,可達(dá)到與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行同等價(jià)格,然后繼續(xù)下降,到2050年基本上可能實(shí)現(xiàn)氫氣零成本運(yùn)行;不久未來(lái)同樣可以出現(xiàn)FCEV的智能化車輛,特別是要注意克服氫能不安全運(yùn)作一些隱患,成為更安全的產(chǎn)品。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
當(dāng)然,當(dāng)前一些人士認(rèn)為氫能備制和應(yīng)用成本很高,高純度的氫提煉難度大,這些劣勢(shì)是很難克服的。我想用全息論中的演化推理方式,即溯因法來(lái)分析,即事物的發(fā)展分為可逆的和不可逆的。如我們用汽柴油汽車,必然會(huì)出現(xiàn)大氣污染和溫室效應(yīng),雖然可以減少但不會(huì)排除,而氫氣則是無(wú)害無(wú)毒的,氫氣當(dāng)前的高成本問(wèn)題是可以克服的,前者屬于不可逆性,后者屬可逆性,就是說(shuō)我們以此為依據(jù)對(duì)事物的現(xiàn)狀和未來(lái)把握其本質(zhì)問(wèn)題,而確定其目的性,這就證實(shí)為何人們要用二百多年這樣漫長(zhǎng)的歷史,堅(jiān)持不懈的去探索,研究氫氣和燃料動(dòng)力鋰電池問(wèn)題,可以說(shuō)一門重大的科學(xué)的應(yīng)用多是經(jīng)歷著一個(gè)孕育到誕生,再到發(fā)展壯大的自然歷史過(guò)程,這是歷史進(jìn)化的必然規(guī)律,也是最終要完成目標(biāo)的重要因素。
FCEV既是一種古老又新型的高科技產(chǎn)品,它的悠久歷史可追溯到二百多年的歷程。在1801年英國(guó)科學(xué)家H·Davy發(fā)明了燃料動(dòng)力鋰電池的原理;1889年英國(guó)科學(xué)家Mond首先用工業(yè)煤和空氣合成裝置制氫,并正式用上燃料動(dòng)力鋰電池的命名;20世紀(jì)50年代,英國(guó)劍橋大學(xué)教授培根用高壓氫試制成功5kw的燃料動(dòng)力鋰電池,在試驗(yàn)室中應(yīng)用;1965年美國(guó)GE公司把燃料動(dòng)力鋰電池裝上阿波羅(Appollo)登月飛船,供應(yīng)電力;2002年美國(guó)總統(tǒng)布什制訂《自由汽車計(jì)劃(FreedomCAR)》,研究應(yīng)用燃料動(dòng)力鋰電池汽車產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題,為此供應(yīng)FCEV的不斷探索留下不少相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn);2003年美國(guó)提議成立《氫能經(jīng)濟(jì)國(guó)際合作伙伴(IPHE)》,美國(guó)和西歐等15個(gè)國(guó)家都參與了,我國(guó)也在其中,2004年五月第二屆IPHE指導(dǎo)委員會(huì)議就是在北京人民大會(huì)堂召開(kāi)的,2007年美國(guó)通用汽車公司和加拿大知名的巴拉德燃料動(dòng)力鋰電池公司,在雪佛蘭Equinox轎車裝上燃料動(dòng)力鋰電池進(jìn)行試運(yùn)行,至今還在繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中;同年歐盟提出《歐洲清潔都市交通計(jì)劃(CUTE)》,擬在阿姆斯特丹、漢堡、倫敦、盧森堡、馬德里、斯德哥爾摩等城市開(kāi)展燃料動(dòng)力鋰電池公共汽車示范運(yùn)行;2011年德國(guó)戴姆勒·奔馳汽車公司開(kāi)展了FCEV全球巡展演示,投入Citano燃料動(dòng)力鋰電池客車36輛,由20個(gè)交通運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)進(jìn)行巡展,其全程運(yùn)行已達(dá)480萬(wàn)公里;歐盟在2014年公布《地平線2020年計(jì)劃》,指出到2020年,燃料動(dòng)力鋰電池各種車輛應(yīng)用要達(dá)到20萬(wàn)輛,加氫站1000座,氫氣來(lái)源50%以上來(lái)自非石化能源生成的,成本要下降90%;2015年五月國(guó)際第23屆IPHE指導(dǎo)委員會(huì)在我國(guó)武漢召開(kāi),很好的交流了國(guó)際對(duì)氫能和燃料動(dòng)力鋰電池的最新進(jìn)展,以及下一步計(jì)劃,也為我國(guó)加強(qiáng)國(guó)際上合作,共享資源供應(yīng)了好機(jī)遇;2016年五月《亞洲氫能與燃料動(dòng)力鋰電池大會(huì)》在上海召開(kāi),并舉辦展示,特別關(guān)注的是制氫和燃料動(dòng)力鋰電池的裝備,對(duì)發(fā)展FCEV起到很好助推用途。
這里要指出,國(guó)際汽車界人士認(rèn)為2015年是FCEV的元年,這重要以日本豐田的“未來(lái)”(Mirai)正式進(jìn)入初期的商業(yè)化運(yùn)作為標(biāo)志而提出的,Mirai功率113kw,扭矩335N·M,相當(dāng)于2.0發(fā)動(dòng)機(jī)轎車水平,續(xù)行500公里,在日本成本720萬(wàn)日元,政府補(bǔ)貼200萬(wàn)日元,市場(chǎng)售價(jià)500萬(wàn)日元(約折合26萬(wàn)元人民幣),這和“皇冠”轎車價(jià)格差不多。豐田2015年產(chǎn)銷700輛,2016年1600輛,其中三分之一出口,2017年計(jì)劃3000萬(wàn)輛,2020年為迎東京的奧運(yùn)會(huì),計(jì)劃推出3萬(wàn)輛。與此同時(shí),本田、三菱、馬自達(dá)、大發(fā)等公司也都拋出具有自己特色的FCEV,本田的ClarityFCEV續(xù)程已達(dá)589公里。近來(lái),日本通產(chǎn)省公布《燃料動(dòng)力鋰電池汽車戰(zhàn)略路線圖和氫能社會(huì)白皮書》提到,2025年實(shí)現(xiàn)200萬(wàn)輛的目標(biāo),2030年加氫站達(dá)1800座,相應(yīng)對(duì)質(zhì)量,成本和配套工程設(shè)施都要很好改善,形成規(guī)?;芰ψ呦蚴袌?chǎng)。
我國(guó)也是十分重視和積極發(fā)展FCEV的國(guó)度。早在20年前的“十·五”的863重大專項(xiàng)中,就明確指出要支持FCEV的研發(fā),撥款3.8億元;到“十一·五”和“十二·五”規(guī)劃中,在節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目中,都把FCEV列為重點(diǎn)項(xiàng)目,支持發(fā)展;2014年一月《我國(guó)燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟》在上海成立,同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、武漢理工大學(xué)、重慶大學(xué)參與,一汽、東風(fēng)、上汽、長(zhǎng)安、奇瑞等汽車及零部件公司都參與,燃料動(dòng)力鋰電池及其附屬公司也參與,目的是加緊實(shí)行產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合,更好攻克核心技術(shù),加強(qiáng)FCEV產(chǎn)業(yè)更好更快發(fā)展;今年四月,三部委有關(guān)《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中,對(duì)FCEV的戰(zhàn)略地位進(jìn)一步加強(qiáng),提出三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求,2020年在特定地區(qū)的公共服務(wù)車輛領(lǐng)域進(jìn)行小規(guī)模示范應(yīng)用,2025年私人用車和公共服務(wù)用車領(lǐng)域批量應(yīng)用,不低于1萬(wàn)輛,到2030年在私人乘用車,大型商用車領(lǐng)域進(jìn)行規(guī)?;茝V,不低于10萬(wàn)輛。與此同時(shí),三部委公布《2016-2020新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策通知》中指出,在2017-2020除燃料動(dòng)力鋰電池汽車外,對(duì)其他新能源汽車的補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行必要的退坡,而燃料動(dòng)力鋰電池汽車補(bǔ)助保持不變,甚至個(gè)別車種還有所提高。由此可見(jiàn)國(guó)家在宏觀層面,對(duì)氫能和燃料動(dòng)力鋰電池汽車給予越來(lái)越重視和支持。
在公司層面,我國(guó)第一輛FCEV于1999年十二月在清華大學(xué)試驗(yàn)成功。2001年十二月美國(guó)通用汽車公司和上汽集團(tuán)合資的泛亞技術(shù)中心,研制出“風(fēng)凰”FCEV。2008年北京奧運(yùn)會(huì)上,有20輛各種燃料動(dòng)力鋰電池汽車在會(huì)上示范運(yùn)用,2010年上海世博會(huì)上有40輛各種燃料動(dòng)力鋰電池汽車,供大會(huì)交通示范運(yùn)行。2014年上海榮威950第四代FCEV產(chǎn)出,行程400公里。宇通客車公司是首家推出燃料動(dòng)力鋰電池客車,2014年9輛,2016年100輛,2020年計(jì)劃4000輛,宇通第四代燃料動(dòng)力鋰電池客車,續(xù)程600公里,成本下降50%,加氫10分鐘。北汽福田汽車公司也推出“歐輝”牌燃料動(dòng)力鋰電池客車,計(jì)劃28輛,送廣州和佛山地區(qū)進(jìn)行示范運(yùn)行。東風(fēng)汽車公司第一款EQ5080型燃料動(dòng)力鋰電池廂式運(yùn)輸車已問(wèn)世,續(xù)程305公里。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前為止,我國(guó)共研發(fā)試制出200多輛各種燃料動(dòng)力鋰電池汽車在各個(gè)時(shí)間段進(jìn)行示范運(yùn)行。2017年六月二日工信部公布通告《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》中,就包括有燃料動(dòng)力鋰電池客車5種,專用車及卡車2種,假如加上2016年公布燃料動(dòng)力鋰電池轎車1種,則FCEV在國(guó)家目錄中共計(jì)有8種車型,確認(rèn)正式列為商品對(duì)待,但目前產(chǎn)量還很少,急待改革和改進(jìn)。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
●激發(fā)氫能的巨大潛力
氫能作為燃料動(dòng)力鋰電池的“燃料”,非常重要,一定要先行一步。
氫作為一種無(wú)色、無(wú)味的氣體,廣泛的分布于地球的地表、地幔、地核和大氣層中,是宇宙中最為重要,質(zhì)量最輕,最為清潔、最為豐富元素之一。
氫重要以化合物形式生存,最突出表現(xiàn)是水,氫占水總質(zhì)量1/9,假如用電解水制氫,能量密度很高,其效率可達(dá)80%;氫還生存于一些礦物質(zhì)中,如綠柱石,鋰電氣石,頑火輝石的結(jié)構(gòu)中,多以極少量氣態(tài)生存;氫還分布于地球不同氣層中,含量隨高度不同,也有少量的氫氣存在;更加有趣的是氫氣還是生命組成的一種元素,在人體中有81種元素,氫占10%,僅次于氧和碳,居第三位,所以氫也可稱得上一種有機(jī)物的物種。
氫還有一個(gè)重要用途,即氫的同位素將對(duì)正在開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)的核聚變電站供應(yīng)基礎(chǔ)原料,我們?cè)谩半北硎練?,它的同位素“氘”“氚”,也叫重氫,資源極為豐富,而且無(wú)輻射危險(xiǎn)。大家都了解,人們先發(fā)明原子彈,后來(lái)又發(fā)明氫彈,實(shí)際上是核裂變和核聚變的理念和應(yīng)用的革命性變化。歐盟認(rèn)為到2035年核聚變電站可以投入商業(yè)化應(yīng)用,我國(guó)專家認(rèn)為到2040年有可能投入應(yīng)用,目前我們和美、英、法、日、德等國(guó)家已多年組成聯(lián)盟,共同開(kāi)發(fā)核聚變電站??梢灶A(yù)言假如核聚變電站投入應(yīng)用,那時(shí)用電幾乎不用花錢,太便宜了,而且很安全,沒(méi)有放射性,非常干凈、無(wú)害,被稱為“仿造太陽(yáng)的廠”。
氫在人為狀態(tài)下形成三種形態(tài):氣體氫:這已成為氫的常態(tài),是衡量氫物理和化學(xué)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài);液態(tài)氫:目前多用高冷卻方法形成的,要在零下253℃時(shí),可促使氫液化,如現(xiàn)在太空火箭上的推動(dòng)燃料就是用液態(tài)氫;固態(tài)氫:在超高壓下,促使液氫向具有導(dǎo)電金屬特性的固態(tài)氫出現(xiàn),所以也叫金屬氫,它具有很好的超導(dǎo)性和超級(jí)能量,在航天、和上有特殊用途,民用工業(yè)也有很好用途。
氫的備制歷史也是很長(zhǎng),而且方法非常多樣化,因時(shí)因地而宜,同時(shí)要求要不斷改進(jìn)創(chuàng)新之中。有電解水制氫、水煤氣法制氫,、石油熱裂合成和天然氣熱合成制氫、焦?fàn)t和煤氣冷凍制氫,電解食鹽水的副產(chǎn)氫、釀造工業(yè)發(fā)酵制氫、甲醇裂解吸附制氫、鐵與水蒸氣反應(yīng)制氫等。當(dāng)代比較新的制氫方法,如生物質(zhì)制氫,微生物酶制氧、海水淡化制氫,可再生能源,如風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、地?zé)崮?、海洋能發(fā)電制氫,如我國(guó)已建成海水淡化工程103個(gè),總規(guī)模90萬(wàn)噸/日,并推廣淡化水制氫示范工作。
氫的儲(chǔ)存,包括民用和工業(yè)用氣源以及交通工具,如FCEV氣源的存儲(chǔ)方式,有加壓氣態(tài)儲(chǔ)存,目前國(guó)際上FCEV儲(chǔ)氫罐壓力達(dá)70Mpa已比較常用;液態(tài)儲(chǔ)氫,對(duì)儲(chǔ)氫罐技術(shù)要求高,罐內(nèi)溫度和外面溫度相關(guān)很大,內(nèi)部容器構(gòu)造復(fù)雜,防止出現(xiàn)熱漏,在FCEV上也有選用;金屬氫儲(chǔ)存是應(yīng)用氫和多種不同金屬化合之后生成金屬氫化物,如鋁、釩、鎂、稀土系等,這種方法具有較大儲(chǔ)氫容量,單位體積儲(chǔ)氫密度好,儲(chǔ)氫循環(huán)壽命長(zhǎng),成本低;還有非氫化物儲(chǔ)存,如氮、硼、硅、甲醇等氫寄存其中,當(dāng)化合物化解時(shí)放出氫,比較新型的納米碳儲(chǔ)氫,在碳微孔中存儲(chǔ)大量氫,是一種有前景的儲(chǔ)氫手段,還有碳納米管電化儲(chǔ)氫,已證實(shí)具有較高儲(chǔ)氫量,具有良好應(yīng)用前景,在FCEV都在選擇之中。
氫氣輸送和加注。氫的運(yùn)輸對(duì)氣態(tài)和液態(tài)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。由于用戶和要求不同,氫氣可以用管網(wǎng),也可與天然氣輸送管共用,還有通過(guò)儲(chǔ)氫容器裝在車、船上,管網(wǎng)適應(yīng)于量大的需求,船運(yùn)、車運(yùn)則適應(yīng)分散的場(chǎng)合。
當(dāng)前,對(duì)FCEV推廣來(lái)說(shuō)重要是建設(shè)加氫站問(wèn)題。世界上第一座FCEV加氫站是1999年五月在德國(guó)慕尼黑機(jī)場(chǎng)建成。目前國(guó)際上已有加氫站重要以水電解制氫為主,少部份采用天然氣水蒸氣重整制氫,也有的是運(yùn)氫到加氫站的。到2016年一月全球已設(shè)立290座,其中日本28座、歐洲97座、美國(guó)75座、韓國(guó)80座、我國(guó)4座、澳大利亞1座。我國(guó)加氫站分布在北京、上海、廣州、鄭州,今后將會(huì)在FCEV示范區(qū)建設(shè)加氫站,2017年中科院大連化物所與同濟(jì)大學(xué)發(fā)明以風(fēng)能與太陽(yáng)能結(jié)合制氫的加氫站,每日可供200臺(tái)FCEV續(xù)程800公里的需求。美國(guó)海德利森已至國(guó)內(nèi)設(shè)立移動(dòng)式加氫站業(yè)務(wù),尋求合作建氫站。預(yù)計(jì)到2020年全球?qū)⒊霈F(xiàn)5200座加氫站,比目前的上升18倍,以適應(yīng)發(fā)展FCEV的需求。
據(jù)Persistence市場(chǎng)研究公司預(yù)測(cè),到2020年全球氫氣需求量將從2013年的2553億立方米,新增到3248億立方米,上升27%,其中特別是我國(guó),將是全球氫能需求和生產(chǎn)第一大國(guó)。
氫能有這么多優(yōu)勢(shì),但人們對(duì)氫能安全仍有擔(dān)心,認(rèn)為氫能屬于一種易燃爆氣體,特別是擴(kuò)散度相當(dāng)?shù)目欤?dāng)和空氣接觸時(shí),形成混合氣體,燃爆極限更寬。為此我專門請(qǐng)教了有關(guān)專家,得到答案,是認(rèn)為氫氣燃燒時(shí)容易快速噴發(fā),但屬直線式形態(tài)而逃逸,不像汽柴油那樣燃燒后,不易疏散滯留性大,停留散發(fā)在原地帶,所以氫燃燒危險(xiǎn)不比汽柴油燃燒高,同時(shí)近來(lái)人們對(duì)氫的制備整個(gè)過(guò)程的泄漏、靜電、電氣防爆、脆化等不安全因素,大力進(jìn)行改進(jìn),在實(shí)用中已取得比較好的安全驗(yàn)證。如本田2017年的Clarity已開(kāi)始在日本本土和美國(guó)出售,燃料動(dòng)力鋰電池的3個(gè)儲(chǔ)存罐嵌在底盤架上,這樣雖然對(duì)車輛底部振動(dòng),環(huán)境惡劣,容易受碰撞,他們認(rèn)為在技術(shù)上已得到反復(fù)測(cè)試可以放心使用,而客車多把氫罐放在車頂,出事故時(shí)對(duì)車內(nèi)影響不大。但車企認(rèn)為盡管有了這些安全舉措,對(duì)氫能安全問(wèn)題仍不能自滿,仍作為全產(chǎn)業(yè)鏈的安全舉措,持續(xù)不斷改進(jìn),不斷提升安全可靠的水平。
●圍剿燃料動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)的瓶頸
燃料動(dòng)力鋰電池作為FCEV的動(dòng)力是其核心組成部分,某種程度說(shuō)燃料動(dòng)力鋰電池的創(chuàng)新水平,將決定著FCEV的產(chǎn)業(yè)化歷程。
有人以為燃料動(dòng)力鋰電池以“燃”字當(dāng)頭,是否由于燃燒資源而獲取能量的,其實(shí)不是,燃料動(dòng)力鋰電池是依賴其裝置中的氫氣和吸取空氣中的氧氣,通過(guò)化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。
當(dāng)代,燃料動(dòng)力鋰電池按照其電解質(zhì),工作溫度和不同用途,劃分為五種類別產(chǎn)品。即堿性燃料動(dòng)力鋰電池(AFC)、磷酸燃料動(dòng)力鋰電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料動(dòng)力鋰電池(MCFC)、固體氧化物燃料動(dòng)力鋰電池(SOFC)、和質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池(PEMFC),在FCEV上幾乎全部應(yīng)用質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池。這是因?yàn)椋核臒豳|(zhì)量效率高,在理論上達(dá)83%,實(shí)際上已接近70%,它的電堆層面均是固體結(jié)構(gòu),在車載各種條件下,和整車相應(yīng)結(jié)構(gòu)變形時(shí),不受振動(dòng)因素影響;它相有關(guān)其他燃料動(dòng)力鋰電池的工作溫度是最低的,處于40-80℃之間,對(duì)車輛的環(huán)境適應(yīng)性好;多少年來(lái)的創(chuàng)新努力,其關(guān)鍵的材料和零部件質(zhì)量與水平已取得突破性進(jìn)展,應(yīng)用條件趨于成熟,成本大大下降,很有利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
對(duì)PEMFC來(lái)說(shuō)當(dāng)前最為突出的核心技術(shù)。如碳載體的催化劑是構(gòu)成燃料動(dòng)力鋰電池應(yīng)用的離子導(dǎo)電性,電池密度強(qiáng)度,電化學(xué)的效率和穩(wěn)定性,以及電堆壽命有著很大關(guān)系,而催化劑上多用貴金屬,如鉑、釕,開(kāi)始時(shí),這已是四、五十年前時(shí)候,鉑用量是5mg/cm2,到上世紀(jì)90年代降到0.5mg/cm2,當(dāng)前更進(jìn)一步的降到0.2mg/cm2,日本業(yè)界稱他們的PEMFC鉑用量可降至0.1mg/cm2,這已和內(nèi)燃機(jī)排放三元催化器鉑用量相等同,近來(lái)美國(guó)業(yè)界稱擬研發(fā)不用貴金屬,用一種石墨烯或二硫化鉬材料替代,成本可大量下降,對(duì)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用很必要;如質(zhì)子交換膜,在電化學(xué)的應(yīng)用上和催化劑性質(zhì)有很多相同之處,同樣構(gòu)成關(guān)鍵因素,它和其他燃料動(dòng)力鋰電池的電源隔膜很大不同,它不只是一種隔膜材料,更是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)的基底,通常的電池隔膜是屬于多孔的,而質(zhì)子交換膜是一種可選擇性透過(guò)膜,幾乎為國(guó)際上膜公司所壟斷。近日開(kāi)展的汽車論壇上,專家認(rèn)為我國(guó)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池有了很大進(jìn)步,但關(guān)鍵材料和零部件的國(guó)產(chǎn)化率還低,現(xiàn)在在50%左右,力爭(zhēng)2020年達(dá)到70%,我們?cè)谝恍╆P(guān)鍵的材料和零部件上還處于“新手”狀況,急需提升。
當(dāng)前我們的FCEV已經(jīng)歷了不短時(shí)段堅(jiān)苦努力,在科技上有了很大進(jìn)步,但在產(chǎn)業(yè)總體上仍處于萌芽狀況,專家認(rèn)為不要再犯慢步走毛病,跟隨著、分散化、同質(zhì)化老毛病,則有可能會(huì)陷入“中等收入陷阱”中,這樣可能對(duì)FCEV發(fā)展很不利。為此我們要認(rèn)真學(xué)習(xí)習(xí)總書記有關(guān)科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的重要論述。習(xí)總書記說(shuō)“我們必須認(rèn)識(shí)到,從發(fā)展主導(dǎo)國(guó)家命運(yùn)的決定性因素是社會(huì)生產(chǎn)力,和勞動(dòng)生產(chǎn)率,只有不斷的進(jìn)行科技創(chuàng)新,不斷的解放社會(huì)生產(chǎn)力,不斷的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康的發(fā)展,防止陷入“中等收入陷阱”。這很深切的告訴我們,創(chuàng)新科技目的是要加快轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力。為了加速發(fā)展我們的FCEV事業(yè),必須緊緊抓住科技創(chuàng)新的“牛鼻子”,從氫能和燃料動(dòng)力鋰電池的核心帶,從FCEV整體的產(chǎn)業(yè)鏈特色和國(guó)情出發(fā),大力加強(qiáng)科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力,大力加強(qiáng)對(duì)材料和核心零部件的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用,使之盡快盡好的把科技轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力和社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率上,這也可以說(shuō)是實(shí)行FCEV發(fā)展供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
這樣,我們?cè)O(shè)想是參照電動(dòng)汽車“三縱、三橫技術(shù)路線”,進(jìn)一步執(zhí)行“三縱、三橫、三平臺(tái)的FCEV產(chǎn)業(yè)化路線”上。更多的從商業(yè)模型,也可能說(shuō)是系統(tǒng)工程模型上,思考FCEV的戰(zhàn)略、策略,從整體上有效控制和執(zhí)行FCEV產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的路線圖。
這里“三縱”是指:純氫能燃料動(dòng)力鋰電池汽車,甲醇燃料動(dòng)力鋰電池汽車和氫電混合燃料動(dòng)力鋰電池汽車,這是當(dāng)前構(gòu)成FCEV的基本結(jié)構(gòu)車型;“三橫”是指:質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池系統(tǒng),電控及安全控制系統(tǒng)和關(guān)鍵材料和零部件系統(tǒng),這是構(gòu)成FCEV核心技術(shù)運(yùn)作方向和基礎(chǔ)研發(fā)和應(yīng)用的要害;“三平臺(tái)”是指:國(guó)家政策引導(dǎo)和支持平臺(tái)、新型FCEV整體設(shè)計(jì)和智能化融合發(fā)展平臺(tái)和社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)平臺(tái)。在FCEV初期平臺(tái),用途至關(guān)重要,是FCEV走向規(guī)范化發(fā)展內(nèi)涵的重大要素,這樣“三縱、三橫、三平臺(tái)”構(gòu)成了新型FCEV產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)工程架構(gòu),具有綜合、生態(tài)、包容、開(kāi)放、融合、可控、集成、動(dòng)態(tài)、重組、突變的能力,對(duì)建立FCEV的實(shí)體經(jīng)濟(jì)實(shí)力,建設(shè)自主品牌力,提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有現(xiàn)實(shí)的可操作指導(dǎo)意義。
●氫能經(jīng)濟(jì)社會(huì)的曙光
在上世紀(jì)70年代初,世界上發(fā)生了第一次石油危機(jī),在美國(guó)許多汽車因缺石油停駛了,電廠停電了,對(duì)人們生活和社會(huì)影響很大,于是美國(guó)通用汽車公司提出“氫經(jīng)濟(jì)”概念,設(shè)想汽車能不能不用石油,而用氫能。在近半個(gè)世紀(jì)來(lái)氫能得到了巨大發(fā)展,即使當(dāng)前對(duì)氫能應(yīng)用還有許多重大困難,但氫能運(yùn)行的科技和生產(chǎn)力都得到全世界,包括聯(lián)合國(guó)的認(rèn)可,這成為新興能源歸宿的規(guī)律。在新世紀(jì),人們不僅是對(duì)石油資源很感緊張,即使發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣或是海底可燃冰,但總有用完的日子,更重要的是汽車的石油能源的大量燃燒排放出毒氣,形成對(duì)社會(huì)上污染,一氧化碳,碳?xì)浠衔?,氮氧化物和PM2.5,以及汽車的二氧化碳排放,問(wèn)題越來(lái)越突出,因此,使人們的生活和生產(chǎn)受到越來(lái)越重的傷害。舉個(gè)例子,一輛汽車每燒3.8升汽油,將向空氣排放42.3公斤二氧化碳,現(xiàn)世界上有12億輛汽車,2030年將達(dá)到23億輛汽車,假如不加嚴(yán)格治理,促使兩極的雪快速融化,有些海洋小島國(guó)家已經(jīng)被淹沒(méi),跑出逃命,再就是多少年份后,海水上漲,包括紐約、東京、倫敦、上?!鞘幸矔?huì)被海水淹沒(méi),地球氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā),這已成為全世界各個(gè)國(guó)家的共識(shí)。去年在巴黎召開(kāi)的全球氣候會(huì)議,通過(guò)了《巴黎氣候協(xié)議》,有170多國(guó)家確認(rèn),這是繼《京都議定書》之后,第二份具有國(guó)際性法律約束的歷史性協(xié)定,我國(guó)提出按《共同但有差別責(zé)任原則》,堅(jiān)決執(zhí)行協(xié)議精神和組織執(zhí)行。俗話說(shuō):“人無(wú)遠(yuǎn)慮,必有近憂”,而正是氫為替代石油找出一條出路,很現(xiàn)實(shí)的路子,盡管困難相當(dāng)?shù)拇?,但“氫?jīng)濟(jì)”步代迎難而上,也就順理成章了。
那么到底什么是氫經(jīng)濟(jì)社會(huì)呢?氫經(jīng)濟(jì)本質(zhì)就是應(yīng)用一種非常規(guī)的全新的科學(xué)范式,用以逐步替代石油和天然氣能源,更好成為建設(shè)綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展的新型社會(huì)和改變生產(chǎn)和生活方式重大基礎(chǔ),有助于人類社會(huì)從信息年代,后信息社會(huì),以及向生物年代方向發(fā)展,信息時(shí)代使世界成為一個(gè)村莊,而生物時(shí)代又會(huì)怎么樣使我們世界成為一個(gè)家,未來(lái)更加幸福完滿的經(jīng)濟(jì)新態(tài)勢(shì),讓我們激動(dòng)不已。
我們說(shuō)能源是人類社會(huì)賴以生存與發(fā)展的基礎(chǔ),請(qǐng)看人類社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步與新能源應(yīng)用有那些關(guān)系?大家都了解,在50萬(wàn)年前,人類發(fā)明了火,實(shí)現(xiàn)了刀耕火種,促使人類從原始社會(huì)邁向開(kāi)始具有理性和文明社會(huì)的第一步,即遠(yuǎn)古時(shí)代走向農(nóng)業(yè)時(shí)代;到了18世紀(jì)中葉,人類發(fā)明了用煤推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步,首先是發(fā)明了蒸氣機(jī),甚至有蒸氣汽車的初始原型,接著煤發(fā)電也應(yīng)用于火車、冶金、采礦、紡織、輪船上,促使人類開(kāi)始實(shí)現(xiàn)工業(yè)化革命,英國(guó)是帶頭者,為工業(yè)社會(huì)的來(lái)臨創(chuàng)造了條件和相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),于是煤電時(shí)代來(lái)臨了;到19世紀(jì)未,以石油能源為主導(dǎo)的年代開(kāi)始了人類社會(huì)進(jìn)入石油能源時(shí)代,1854年美國(guó)賓夕法尼亞州打出前列口油井,1886年德國(guó)本茨·戴姆勒研制出前列輛汽車,到1878年愛(ài)迪生發(fā)明電燈原理種種工業(yè)革命種子,給石油工業(yè)的大發(fā)展帶來(lái)了巨大推動(dòng)力,石油作為二次能源促進(jìn)世界出現(xiàn)巨大進(jìn)步,跟著天然氣也大量的應(yīng)用,又加大了化石能源用途,促使全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展激增,于是飛機(jī)、輪船、電力機(jī)車、發(fā)電站、汽車以及電視、電子計(jì)算機(jī),互聯(lián)網(wǎng)都得到巨大上升,石油能源成為人類社會(huì)現(xiàn)代化文明的基石。
進(jìn)入21世紀(jì),隨著人類信息產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展,推動(dòng)了眾多高新能源科技的發(fā)達(dá)應(yīng)用,包括核能、煤電、水電,以及太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕艿缺姸嗄茉吹某霈F(xiàn),人類社會(huì)進(jìn)入了多元化能源發(fā)展年代,但化石能源會(huì)在相當(dāng)時(shí)段占居主導(dǎo)地位?,F(xiàn)在化石能源最突出的問(wèn)題是對(duì),大氣污染和溫室氣體效應(yīng)問(wèn)題,促使世界不得不加快開(kāi)發(fā)可再生能源和氫能源問(wèn)題,至今還很難說(shuō)那一種能源能起到主宰用途,還在不斷摸索求進(jìn)之中,正是由于氫能的諸多優(yōu)點(diǎn)和實(shí)踐上效應(yīng),世界各國(guó)比較一致認(rèn)為氫能可能在本世紀(jì)下半世紀(jì)逐步起到主導(dǎo)用途的可能性大大新增,于是氫能時(shí)代即將到來(lái),特別是氫能源汽車也成了追逐的焦點(diǎn)問(wèn)題,氫能可能是人類社會(huì)最終能源的說(shuō)法也相應(yīng)的確立,于是氫經(jīng)濟(jì)社會(huì)興起了。
那么我國(guó)對(duì)發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)社會(huì)有那些特色呢?這可能是:發(fā)展氫能這是貫徹我們國(guó)家發(fā)展清潔能源的重大戰(zhàn)略之一。今年六月七日在北京召開(kāi)了第八屆清潔能源部長(zhǎng)及專業(yè)會(huì)議上表達(dá):我國(guó)將堅(jiān)持節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境,改善能源結(jié)構(gòu),發(fā)展清潔能源的基本國(guó)策,共同推動(dòng)全球走綠色、低碳、循環(huán),可持續(xù)發(fā)展之路,這也是對(duì)氫經(jīng)濟(jì)和FCEV的發(fā)展是很大的鼓舞和支持;加大對(duì)應(yīng)用氫能的宣傳和教育工作,要把氫能的優(yōu)勢(shì)和可克服的劣勢(shì)向廣大人民和各級(jí)政府多宣傳和解說(shuō),同時(shí)在初期推行階段,政府和廣大人民的支持是非常重要的,氫能作為新事物,最要的是思維上認(rèn)同和支持;加速氫能標(biāo)準(zhǔn)的制定,目前國(guó)際上ISOTC197和IECTC105正在制定和修正國(guó)際氫能標(biāo)準(zhǔn),這樣我們對(duì)氫能標(biāo)準(zhǔn)體系,如產(chǎn)品和服務(wù)設(shè)計(jì),制造和運(yùn)輸,也要拿出與國(guó)際水平相對(duì)等,表現(xiàn)高度化新的標(biāo)準(zhǔn)體系,促進(jìn)氫經(jīng)濟(jì)在高水平上運(yùn)行;要加速燃料動(dòng)力鋰電池汽車的規(guī)?;l(fā)展,現(xiàn)在情況看我們發(fā)展速度和水平明顯居于低位,首先要加速FCEV的發(fā)展,當(dāng)前不管是什么能源汽車都是在現(xiàn)代生活中奠定重要地位,是不可缺少一部分,而氫能交通地位卻在不斷提升,我們要把氫能交通擴(kuò)充到動(dòng)車、輪船、飛機(jī)、、無(wú)人機(jī)機(jī)上應(yīng)用,這在國(guó)際上都已用上了,要讓我們交通體系能源有一個(gè)新的變革;要設(shè)法將氫能進(jìn)入農(nóng)民家庭,特別是深山老林地帶,讓一些缺電地帶居民都能用上電源,分布式、自發(fā)電和網(wǎng)絡(luò)化這在不少國(guó)家已經(jīng)都在試行,甚至進(jìn)入常態(tài)。如冰島雖是小國(guó),但已較早以地?zé)崮転槿剂蟿?dòng)力鋰電池融合發(fā)電,為全島人民造福。我在美國(guó)芝加哥就參觀過(guò)社區(qū)燃料電站網(wǎng)絡(luò)化供電,既是商業(yè)性,又是服務(wù)性,搞起社區(qū)電力的生態(tài)圈,讓每一居民都得到氫能的紅利,這種全民化的福利是完全可以做到了;加快核聚變能源發(fā)電,今年六月六日《國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)》在巴黎召開(kāi),我國(guó)是ITER成員國(guó)之一,參加了會(huì)議,會(huì)議研討,加快利用可控的核聚變?yōu)槿祟愝斔途薮笄鍧嵞茉吹目尚行裕曳焦膭?lì)在國(guó)際上的優(yōu)秀華人,學(xué)者,能投身于ITER計(jì)劃和國(guó)內(nèi)核聚變事業(yè)上作貢獻(xiàn);把發(fā)展氫能與“一帶一路”宏偉事業(yè)結(jié)合起來(lái),氫能作為新科技,新業(yè)態(tài),不少項(xiàng)目可以用上,只有可能我們都要盡力而為,在氫能產(chǎn)業(yè)鏈上開(kāi)展眾多可能的合作和應(yīng)用,走出去,引進(jìn)來(lái),成為“一帶一路”一個(gè)亮點(diǎn);大力培育氫能專業(yè)人才,支持領(lǐng)軍人才、高級(jí)科技人才、高技能人才,突出營(yíng)造有利于氫能基礎(chǔ)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新、市場(chǎng)營(yíng)銷的良好環(huán)境和人才激勵(lì)機(jī)制,發(fā)揮人才為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展上關(guān)鍵用途;努力推動(dòng)燃料動(dòng)力鋰電池便攜式設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用,當(dāng)前這種產(chǎn)品已成為時(shí)尚化,智能化,特別是對(duì)地質(zhì)探測(cè)、漁民、軍隊(duì)、探險(xiǎn)人士應(yīng)用,現(xiàn)在還可以為手機(jī)、計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)上充電,國(guó)際上已充許民航機(jī)攜帶便攜式燃料動(dòng)力鋰電池設(shè)備;要把氫能裝置和智能裝置和智慧城市和信息網(wǎng)絡(luò)化結(jié)合起來(lái),盡可能使氫能走向智能化,如2016年聯(lián)合國(guó)在江蘇的如皋設(shè)置我國(guó)首個(gè)《聯(lián)合國(guó)氫能經(jīng)濟(jì)示范城市》,一些氫能專家聚集這個(gè)美麗的蘇北小鎮(zhèn),為開(kāi)發(fā)氫能,發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)把脈獻(xiàn)策,開(kāi)展具有我國(guó)氫能特色的城鎮(zhèn)化和綠色經(jīng)濟(jì),計(jì)劃在“十·三五”未,如皋的氫能經(jīng)濟(jì)達(dá)100億,目前已擁有百應(yīng)能源,澤禾新能源、南通亞曼汽車等十多家氫能和燃料動(dòng)力鋰電池關(guān)鍵材料和零部件落戶,加拿大的知名的燃料動(dòng)力鋰電池巴拉德公司也到如皋進(jìn)行有關(guān)氫能項(xiàng)目的合作。還有鄭州、佛山,青島等城市也要建設(shè)氫經(jīng)濟(jì)示范城市在規(guī)劃中;實(shí)實(shí)在在的貫徹氫能與燃料動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)的“三縱、三橫、三平臺(tái)”產(chǎn)業(yè)化路線圖,要盡一切力量盡快把科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,把氫能促成商業(yè)化,為全球全國(guó)人民造福,這一點(diǎn)非常迫切的重要的。
最后,讓我們以李白詩(shī)句“騰身轉(zhuǎn)覺(jué)三天近,舉足回首萬(wàn)嶺低”的氣度,讓大家都行動(dòng)起來(lái),繼往開(kāi)來(lái)、砥礪奮進(jìn)、奮發(fā)圖強(qiáng),投入發(fā)展氫能與燃料動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)大潮中,迎接氫經(jīng)濟(jì)社會(huì)的早些到來(lái)。