氫能源安不安全？衣寶廉院士：全球三萬氫能汽車無一爆炸！
發布時間：
2022-06-02
衣寶廉，是中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員，并先后擔任過全國燃料電池與液流電池標準委員會主任委員、國家863電動汽車重大專項專家組成員和燃料電池發動機責任專家等職務。歷時50年，堅守在燃料電池科研一線，成為中國現代燃料電池研究、應用及產業化的主要奠基人之一。
文章來源：《科學大師》、今日科協、科技訊
衣寶廉，是中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員，并先后擔任過全國燃料電池與液流電池標準委員會主任委員、國家863電動汽車重大專項專家組成員和燃料電池發動機責任專家等職務。歷時50年，堅守在燃料電池科研一線，成為中國現代燃料電池研究、應用及產業化的主要奠基人之一。
1、燃料電池轎車進入尋常百姓家，是能實現的
《科學大師》：有消息稱，本田宣布計劃將于年內停止生產氫燃料電池車CLARITY FUEL CELL，更專注電動車生產，有評論看衰燃料車，認為日本押錯寶，作為氫燃料電池界的權威專家，您有何看法?
衣寶廉：現在燃料電池車沒有政府補貼，企業是賠錢的。中國因為地方政府或特殊企業買單，燃料電池車還有市場，所以豐田、現代、巴拉德等均進入中國。
本田燃料電池車技術幾經變動，并沒有大量進入市場，它的技術還需創新和降低成本。因此它在停產同時，還和美國通用在發展燃料電池車技術。
汽車在轉型，電動化時代，什么事均可能發生，正像有人不停報道鋰離子電動車燃燒爆炸一樣。
本田宣布停產燃料電池車，不過是燃料電池車發展過程中的插曲，不會影響堅定發展燃料電池車人的初心與信念。
《科學大師》：目前消費者開的電動汽車，像特斯拉、蔚來、理想等等，用的都是鋰電池，那氫燃料電池車，您覺得什么時候能走入尋常百姓家?要想實現大規模商用，您覺得需要克服什么問題?
衣寶廉：氫燃料電池的比能量高，可達到0.5—1.0Kwh/kg，是鋰離子電池的2-3倍，所以它特別適合長距離運行的重載車。目前通過示范運行，已經證明燃料電池汽車運行的舒適性，運行里程和加氫時間等都可以和燃油汽車媲美。
但燃料電池汽車普及還受兩個條件限制：加氫站的數量和密度、整車的售價，加氫站數量不夠，布局不合理，就會影響到氫的儲運和加注，繼而影響燃料電池汽車的行駛里程;整車價格如果居高，普通消費者也很難有消費承受力。
我認為，要實現關鍵材料與部件批量生產，初步降低燃料電池發動機的成本，應該先商業化對加氫站依賴度低的商用車，特別是重卡車。
進一步依靠科技創新，簡化電堆材料和系統部件，進一步降低發動機成本和對氫氣純度的要求，降低燃料氫成本，延長發動機壽命，結合加氫站進一步普及氫能發展，燃料電池也可以進軍乘用車市場。
時間上，我認為最早也要到2030-2035年燃料電池轎車可能進入尋常百姓家。
2、氫能汽車大規模商用，須先解決三高
《科學大師》：關于車用氫能的經濟性，現在的成本高成什么樣，主要是什么原因?
衣寶廉：科技部2001年成立電動汽車總體專家組，負責電動汽車重大專項。時任總體專家組組長是萬鋼(現為全國政協副主席、中國科協主席)，我是專家組的成員。現在的新能源汽車“三縱三橫”發展戰略，就是當時總體專家組提出來的。
我國從20世紀末就發展燃料電池汽車，但發展速度比基礎好的鋰離子電池車慢得多。由于燃料電池基礎弱，電堆功率低，萬鋼等提出電——電混合的技術路線，即燃料電池與鋰離子或超級電容器電電混合，不但延長燃料電池壽命，還大幅度提高了燃料電池車性能，這種技術路線現在已為全世界的燃料電池車采用。
但一直到“十三五”開始，我們國家還存在關鍵材料與部件需要高價從國外進口的現實，這導致燃料電池發動機成本居高不下，每千瓦電堆售價近萬元，發動機售價翻倍。
我們說燃料電池車現在存在三高：一是燃料電池發動機貴，導致車貴，是燃油車2-3倍，鋰離子電池車1.5-2倍。二是燃料氫貴，一般售價是每公斤60元左右。三是加氫站建設費用高，每座達到1000-1500萬。
所以盡管燃料電池車之前在北京奧運會、上海世博會很好地完成了示范任務，但產業化的路很難走通。
也是因為這個原因，國家五部委才會聯合出臺燃料電池城市群示范計劃。
在雙碳目標的指引下，國內24個省、市發布十四五氫能與燃料電池車發展規劃。世界各國燃料電池車和知名制造商如加拿大巴拉德、日本豐田、韓國現代、德國博世等都以合資或獨資形式進入中國。因此，我國在四年內解決關鍵材料與部件的卡脖子技術和實現批量生產沒有問題。比如在本世紀初買一臺燃料電池車的空壓機要進口，20多萬，還不好買到。現在國內已有近十家企業有產品，售價低于四萬元。
我們既要忙于產業化發展，也要有持續降低成本的研發力量，同時還要有對核心關鍵技術進行攻關的能力，因為解決卡脖子技術并不意味著你就達到了國際先進水平。比如質子交換膜，我們有15微米的膜，美國戈爾公司已有8微米的復合膜，想裝高性能的電堆，企業還得買戈爾的膜。因此我們不但要解決卡脖子技術，還要達到世界先進水平。
3、氫能汽車和鋰電汽車不會相互取代
《科學大師》：在燃料電池和鋰電池兩者之間，會是什么樣的競爭趨勢?鋰電池技術本身還能有發展空間么?鋰電池車會被燃料電池車取代么?
衣寶廉：在本世紀初科技部支持研發電動汽車，成立重大專項，總體專家組制定技術路線，提出純電、混合動力和燃料電池多元并重發展。但因為鋰離子電池技術與批量生產均有較好基礎，鋰離子電池車就得到了快速發展。
經過示范，持續創新，鋰離子電池車不但實現產業化，銷量達百萬量級，而且引領世界電動車進程，在中國還涌現出寧德時代、比亞迪等國際知名的電池生產企業。
但鋰離子電池車還有續航里程短、充電時間長、燃燒爆炸等問題。現在在發展的換電站技術，可以解決充電時間長、里程焦慮等問題，但做到換電站普適性，還需要較長時間。解決燃燒爆炸問題，要寄希望于固態電池，這可能需要更長時間。但比亞迪的刀片電池、廣汽的彈匣電池等技術，有望解決這一問題，我們還是等待大規模行車實驗的結果吧。
如果后面用四年時間能解決卡脖子技術和關鍵材料與部件的批量生產，大幅度降低成本，到2025-2030年，燃料電池車可能在售價上接近鋰離子電池車，在商用車方面能顯示出優越性。
還必須創新，比如要靠創新簡化電池系統和電堆結構，如去掉增濕器和擴散層，提高電池工作溫度到150-200度，消除兩相流，改進流體分配，提高電堆工作電流密度和比功率等。
現在看來燃料電池車和鋰電池車大家都在進步，而不是誰消滅誰。未來鋰電池車可能在乘用車、短程車上占優勢;燃料電池車在長程、重載的商用車會占優勢吧，燃料電池的比能量高，可達0.5—1.0Kw/kg，所以它特別適于重載長途車，燃料電池重卡現在是世界研發銷售的熱點。二者可以通過競爭相互促進，共同為碳中和貢獻力量。
《科學大師》：有專家說，氫的“四個最”是靠研發無法改變的：體積能量密度最低的物質、最小的分子、最易泄漏、最寬爆炸范圍，它的應用面臨的不光是運輸和儲存難題，還有安全性，您怎么看?
衣寶廉：物質本性是不能改變的，但我們可以通過技術進步，找出合適的應對方法。
一方面，氫的體積能量密度最低，但它的質量能量密度高于石油和天然氣幾倍。人們可以將氫氣加壓儲存在壓力容器中，現在四型儲氫瓶的儲氫已達到6%左右，可以滿足汽車應用。對重卡因為運行里程長，燃料電池功率大，最好采用液氫。另一方面，對于安全問題，氫不但分子小易滲漏，還具有氫脆特性，因此要研發抗氫脆的材料，制備輸氫管道和研發抗氫脆的涂料，改造天然氣管網，用于摻氫運輸。
對于安全問題，要利用氫的另外兩個特性：擴散速度快、易檢測。在可能有氫泄漏的地點，均安裝氫氣傳感器，當氫濃度達到千分之五時，自動啟動軸流風機，將氫氣排除，確保安全。至今全世界有三萬多輛燃料電池車在運行，還沒有一輛車發生燃燒和爆炸事故。
燃料氫氣儲存在高壓氫瓶內，只要發現燃料電池有故障，關上氫源，燃料電池不會發生燃燒和爆炸。
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