以“全面深化改革開(kāi)放 發(fā)展壯大新動(dòng)能”為主題,，旨在凝聚行業(yè)集體智慧和力量,，為實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國(guó)的發(fā)展大計(jì)而不懈努力的“2019中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達(dá))論壇”8月30日至9月1日在天津召開(kāi),，該論壇已連續(xù)舉辦十五屆,。

中國(guó)工程院院士衣寶廉在“院士論壇：謀新求變,、開(kāi)放融合“環(huán)節(jié)發(fā)表了題為“提高車用燃料電池可靠性與耐久性”的主題演講,。

內(nèi)容經(jīng)衣院士本人審核如下：

尊敬的楊院士,、李院士、高書(shū)記以及各位嘉賓,，下午好!我講的題目是提高車用燃料電池的可靠性和耐久性,。我分兩部分進(jìn)行演講，部分簡(jiǎn)單介紹一下國(guó)內(nèi)外燃料電池車的現(xiàn)狀,，下一部分是怎么提高燃料電池的可靠性和耐久性,。

燃料電池發(fā)電的原理是電化學(xué)，因此效率比較高,，燃料電池的工作方式是內(nèi)燃機(jī)的,，跟鋰電池比它的能量不是儲(chǔ)存在電池里，所以盡管燃料電池的膜也有破的時(shí)候,，但是破了電壓下降,，我們把氫氣關(guān)掉，不會(huì)產(chǎn)生燃燒和爆炸,，所以燃料電池是比較安全的,，能量和轉(zhuǎn)化發(fā)電是分開(kāi)的。

把燃料電池裝到車上，現(xiàn)在一般都是混合動(dòng)力的,、電電混合的,、直驅(qū)的方式，不是充電式,。跟燃油車相比,，用氫瓶代替了油箱，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)代替了內(nèi)燃機(jī),，得到的好處就是排放沒(méi)有污染物了,，就是排放水，代價(jià)現(xiàn)在就是運(yùn)行費(fèi)用高,、發(fā)動(dòng)機(jī)成本高,，兩個(gè)貴。

燃料電池車的性能現(xiàn)在從續(xù)駛里程,、加氫的時(shí)間,，從駕駛?cè)藛T的感受以及舒適性、適應(yīng)性都達(dá)到了燃油車的水平,，因此如果不存在兩高,，燃料電池*可以代替燃油車，但是它有兩個(gè)大的攔路虎,，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)的成本比較高,，一臺(tái)燃料電池車的售價(jià)是燃油車的一倍，比如說(shuō)大巴車,，柴油車賣一百多萬(wàn),，燃料電池車賣到二百萬(wàn)，小轎車也是這種狀況,。再有運(yùn)行費(fèi)用比較貴,，運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)在是用市電電解水，制氫,。燃油車一百公里大概消耗七八升油,，也就是40多塊錢，一公斤氫七八十,，運(yùn)行費(fèi)用比較高,，費(fèi)用低的鋰電池車，跑一百公里平均15度電左右,，一度電一塊錢,，才15塊錢，所以燃料電池車要想大規(guī)模應(yīng)用,，還要把兩高消滅掉,，一公斤氫賣40塊錢左右,，燃料電池車成本與鋰離子車相近，我想燃料電池車是可以普及的,，這個(gè)時(shí)間我預(yù)計(jì)還要三年到五年左右,。

現(xiàn)在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)從體積來(lái)看，已經(jīng)可以跟內(nèi)燃機(jī)相比,，去年在?？陂_(kāi)會(huì),，本田說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了六缸內(nèi)燃機(jī)的水平,，乘用車都超過(guò)了5000小時(shí)，大巴車達(dá)到了20000多小時(shí),，壽命還是可以的,，但不是每一輛都能達(dá)到這種水平。從造價(jià)來(lái)看還是比較貴的,，這里有一個(gè)不僅僅是價(jià)錢,，還有資源的限制，就是鉑的用量問(wèn)題,，現(xiàn)在一千瓦上用鉑是0.2克,，國(guó)內(nèi)降到了0.3克左右，要想成百萬(wàn)輛的生產(chǎn)需要降到0.1克以下,，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)達(dá)到了這個(gè)要求,，所以鉑用量不是一個(gè)核心因素了，原來(lái)我們看得很重,，但是由于比功率的提高和催化劑活性的提高,，鉑的問(wèn)題現(xiàn)在看來(lái)有希望了。

國(guó)內(nèi)從2001年成立電動(dòng)汽車國(guó)家專項(xiàng)以來(lái)到現(xiàn)在就做這方面的研究,，已有20年的時(shí)間了,。我們從2005年以后，整車開(kāi)始跑了,，2007年參加了上海大賽,，2008年奧運(yùn)會(huì)有23輛燃料車參與運(yùn)行，2007年有16輛轎車到美國(guó)加州進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),，2010年有一輛大巴到新加坡參加了世青賽,，196輛燃料電池車參加了上海世博會(huì)的示范運(yùn)行，所以上看zhong國(guó)示范的燃料電池車還是比較多的,，積累了豐富經(jīng)驗(yàn),。但是在世博會(huì)以前的示范著眼點(diǎn)不是經(jīng)濟(jì)，不是做一臺(tái)車花多少錢,，運(yùn)行一百公里花多少錢,，而是著眼燃料電池車能不能適用,，著眼的是技術(shù)問(wèn)題。那個(gè)時(shí)候的示范叫技術(shù)性的示范,，現(xiàn)在也叫示范,，產(chǎn)業(yè)化的初始階段，但是這個(gè)示范是經(jīng)濟(jì)性的示范,，我考察經(jīng)濟(jì)上可不可行,。

在奧運(yùn)會(huì)示范以后上汽搞了一個(gè)創(chuàng)新征程，分南線和北線,，它的目的就是考察三種電動(dòng)車,，鋰電池車、燃料電池車和混合動(dòng)力車對(duì)中國(guó)環(huán)境的適應(yīng)性,。所有的車都在西藏進(jìn)行了預(yù)熱,，當(dāng)時(shí)我擔(dān)心的燃料電池車在西藏能不能跑起來(lái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是能跑,，速度上不去,，因?yàn)槲鞑氐难鯘舛戎挥?0%，所以三種車在我國(guó)的地理環(huán)境下不管是沿海還是內(nèi)地,，都能行,。所以這個(gè)示范還是行成功的。

另一個(gè)大行動(dòng)的是2018年2月11日成立了中國(guó)的氫產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,。我們國(guó)家的大國(guó)企,，像能源集團(tuán)、“三桶油”都在能源聯(lián)盟里,，所以它是發(fā)展氫能和燃料電池的*,，國(guó)企還是有雄厚的資金實(shí)力，所以聯(lián)盟的成立現(xiàn)在又發(fā)表了白pi書(shū),。

2018年“十三五”支持燃料電池的經(jīng)費(fèi)已經(jīng)達(dá)到了8個(gè)多億,，后批的一批還未計(jì)入，拿得多的一個(gè)是北方團(tuán)隊(duì),，就是大連化物所,，搞燃料電池基礎(chǔ)研究，4900萬(wàn),，還有上汽的大股東的新源動(dòng)力,，拿了一億兩千五百多萬(wàn)，總計(jì)近1.8個(gè)億,。

這個(gè)是燃料電池車的公告數(shù),，現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)時(shí)了，近期又批了好多,。

現(xiàn)在裝車的電堆大部分還是卡補(bǔ)貼的,，以30千瓦起步,，上限是60千瓦。上裝車的都是100千瓦左右,，我們的功率相比來(lái)講還是低的,，特別是做乘用車，乘用車燃料電池的功率要是五六十千瓦,，就得依靠鋰離子電池,，所以鋰離子電池的不安全性帶到了燃料電池車上。所以乘用車用的燃料電池應(yīng)該在100千瓦數(shù)量級(jí),。到現(xiàn)在,，要按車數(shù)算，大概有4000多輛車投放了市場(chǎng),，但是我得到的消息是有2000多輛車在運(yùn)行,。

發(fā)動(dòng)機(jī)成本占比,，燃料電池堆大約是50%,，現(xiàn)在實(shí)際裝車燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本燃料電池堆已經(jīng)達(dá)到了60%到70%，因?yàn)榭諝庋h(huán)泵和氫瓶成本都大幅度下降了,，原先在國(guó)內(nèi)裝車是1：1,，現(xiàn)在電堆的成本已經(jīng)上升到70%左右。

國(guó)內(nèi)到現(xiàn)在有23個(gè)省市相繼發(fā)布了氫能和燃料電池的發(fā)展計(jì)劃,，所以國(guó)內(nèi)很熱,。我認(rèn)為基礎(chǔ)hao的還是以上海為中心的長(zhǎng)三角地區(qū)，他們有三大平臺(tái),，示范的車輛也近千輛,，所以發(fā)展基礎(chǔ)是雄厚的，其次是珠三角,，廣東省為核心的,，還有就是北方以清華、億華通支撐起來(lái)的,，和宇通公司,，以冬奧會(huì)為突破口的張家口地區(qū)，所以燃料電池三個(gè)示范比較好的地方,，長(zhǎng)三角,、珠三角和張家口地區(qū)。

現(xiàn)在的車國(guó)內(nèi)公開(kāi)出售的商用車是V80,，V80是上汽大通做的,，電堆是大連新源的，遼寧省新賓想買60輛,，實(shí)際到貨是40輛,，在新賓縣運(yùn)行,。

乘用車方面，也是上汽裝的榮威950,，在黑龍江跑了,，可以在零下20度儲(chǔ)存和使用，用的是新源動(dòng)力復(fù)合板的電堆,，性能還不錯(cuò),，可以公開(kāi)買到。

億華通收購(gòu)了神力,，能夠組裝三種功率的電堆,，30千瓦的電堆和60千瓦的電堆，它這個(gè)電堆的雙極板是石墨粉和樹(shù)脂沖壓出來(lái)的,，所以這個(gè)雙基板電導(dǎo)低一點(diǎn),，但是很實(shí)用，跟新源的復(fù)合板可以相比,，實(shí)際豐田也是復(fù)合板,。億華通在電池系統(tǒng)方穩(wěn)坐是把交椅。

宇通車做得比較多,，已經(jīng)是第四代了,，自己建了加氫站，億華通和宇通的客車在張家口,，大客車一共是74輛,，利用億華通的技術(shù)福田裝了49輛，宇通提供了25輛,，這74輛車在張家口跑的非常好,。得出的結(jié)論，燃料電池車非常適合于寒冷地區(qū)的運(yùn)行,，因?yàn)殇囯x子電池車在冬天負(fù)30度的時(shí)候容量衰減比較大,，如果開(kāi)空調(diào)續(xù)駛里程又大幅度下降，燃料電池工作溫度是靠自己的余熱,，所以冬天跟夏天沒(méi)什么區(qū)別,，夏天排熱還困難，冬天可以用燃料電池的余熱,，因?yàn)樗?0度給大客車取暖,，空調(diào)還不耗電，所以說(shuō)得出來(lái)一個(gè)結(jié)論,，在張家口示范運(yùn)行證明燃料電池車特別適合于寒冷環(huán)境下的運(yùn)行,，不但里程不縮短，能量利用效率由于空調(diào)不用開(kāi),，還提高了,。

我上面講的兩種不管是上汽跟新源,，還是億華通和神力這都是國(guó)產(chǎn)技術(shù)。下邊就是國(guó)鴻,，膨脹石墨雙基板,，把膨脹石墨沖壓成型，往里面灌樹(shù)脂,，這種電堆體積比功率在1.5-1.8,，比較低，但是很可靠,。所以國(guó)鴻生產(chǎn)的電堆在國(guó)內(nèi)示范車當(dāng)中的占有率達(dá)到了70%-80%,，國(guó)內(nèi)跑的好幾千輛車有70%-80%的電堆出自國(guó)鴻。

而且國(guó)鴻引進(jìn)除了30千瓦,、50千瓦,，還有80千瓦、85千瓦,，85千瓦裝大巴車就更好了,。同時(shí)他們?cè)谠聘±眠@種電堆裝了城市的輕軌下線示范運(yùn)行了，所以說(shuō)國(guó)內(nèi)這兩條路走的都不錯(cuò),。

所以我們現(xiàn)在看來(lái),，國(guó)內(nèi)電堆已經(jīng)超過(guò)了5000小時(shí)，達(dá)到了一萬(wàn)多小時(shí),，跑車也跑出來(lái)了，但不是每一輛,，不光國(guó)鴻的電堆還是新源的,，還是神力的都跑過(guò)了5000小時(shí)和10000小時(shí)。我們也成長(zhǎng)起來(lái)一些企業(yè),，但是我們的問(wèn)題就是產(chǎn)業(yè)鏈還不全,，大部分的關(guān)鍵材料與部件還是依賴進(jìn)口。現(xiàn)在裝車的電堆都是在每立升兩千瓦左右,，正在發(fā)展的以新源動(dòng)力以及國(guó)內(nèi)其他一些公司都做到了每立升三千瓦,，但是這些電堆裝車是裝了，但是還沒(méi)有跑過(guò)5000,、10000,，要把這個(gè)數(shù)據(jù)跑出來(lái)才能說(shuō)達(dá)到了國(guó)外的水平，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中還有很長(zhǎng)的路要走,。

這是新源動(dòng)力裝的金屬板電堆,，這個(gè)電堆它是75千瓦，正常輸出功率,，峰值功率是85,，已經(jīng)達(dá)到了每立升3.4千瓦,，正在裝車跑。所以萬(wàn)部長(zhǎng)在長(zhǎng)春的科學(xué)年會(huì)上講了,，國(guó)內(nèi)燃料電池在壽命,、可靠性、使用性上基本達(dá)到了車輛使用要求,，中國(guó)初步掌握了相關(guān)的核心技術(shù),，基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，未來(lái)要加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新,，加快推進(jìn)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展,。我總結(jié)了幾點(diǎn)。

,，我們積累了大量的示范經(jīng)驗(yàn),，具備了進(jìn)行大規(guī)模示范，考核經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ),。

第二,，我們應(yīng)該盡快實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料、電催化劑,、質(zhì)子交換膜,、雙極板等批量生產(chǎn)，為降低電堆成本和提高電堆一致性奠定基礎(chǔ),。

第三,，提高電堆的比功率，降低電堆成本和鉑用量,。燃料電池車發(fā)展了二三十年,，成本降下來(lái)主要是提升比功率，一開(kāi)始國(guó)內(nèi)國(guó)外每平方厘米是300毫安,，后來(lái)升到了500-800毫安,，第三階段是800到1個(gè)安培，現(xiàn)在是1-1.5安培,，將來(lái)的發(fā)展方向是2-3安培,，如果能做到2.5-3安培每平方厘米，燃料電池的成本就能達(dá)到每千瓦一千塊錢,，鉑用量就小于0.1克,，別的都不用改，所以說(shuō)提高電堆的比功率是降低電堆成本的有效的辦法,。

第四,，我們要進(jìn)一步提高電堆的可靠性和耐久性，為什么要這樣做呢?因?yàn)楝F(xiàn)在燃料電池堆里用的材料把氫氣和氧氣送進(jìn)去要穩(wěn)定的開(kāi)，在車用工況下很快垮了,。我們要給燃料電池堆制造一個(gè)非常溫馨的,，適合它生存的環(huán)境，來(lái)確保燃料電池的壽命,。

下邊我就講這部分,。就是工況，車開(kāi)起來(lái)一會(huì)兒加速,、一會(huì)兒減速,，一會(huì)兒停車，導(dǎo)致燃料電池堆電流電壓大幅度波動(dòng),，濕度,、壓力都是波動(dòng)的，所以這些波動(dòng)就導(dǎo)致催化劑腐蝕,，化學(xué)損傷,，頭三輛大巴車都不到一個(gè)月全部都死掉了。

那么解決的措施,，件事情就是電電混合,，司機(jī)把油門踩下去，這個(gè)電大概毫秒級(jí)到微秒級(jí)就變化了,，可是燃料電池把電發(fā)出來(lái),，空氣氧氣要送進(jìn)去，這個(gè)時(shí)間是秒級(jí)的,，所以燃料電池就跟不上,，它就欠氣，要反極和腐蝕,。一開(kāi)始做純?nèi)剂想姵剀?，?guó)外怎么做呢?要延遲幾秒，即要做預(yù)供氣,，司機(jī)踩油門先把氣量增加，包括開(kāi)始買的外國(guó)的純的燃料電池車都有預(yù)供氣,，也就是說(shuō)踩下去都有延遲,，根據(jù)速度不一樣，延遲時(shí)間不一樣,。

采用了電電混合以后,，駕駛性能達(dá)到了燃油車的要求，踩下以后鋰離子電池先給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電,，燃料電池增加氣體,，同時(shí)增加功率輸出，燃料電池功率輸出增加鋰離子電池往下降,，后都是燃料電池,，鋰離子電池電量少的時(shí)候給鋰離子充電,，所以說(shuō)這個(gè)電電混合是必須的，被*采用,。這個(gè)就是我們國(guó)家以萬(wàn)鋼為代表的搞車的同志提出來(lái)的,，不是可有可無(wú)的事，純?nèi)剂想姵剀嚲褪且氐筋A(yù)供氣那個(gè)階段,，它的操作方式跟燃油車不一樣,。司機(jī)的感受不一樣，馬上是加速不了的,，這就是說(shuō)燃料電池它的功率增加是有一定的限制,，得把氣供上，所以電電混合以后就解決了這個(gè)問(wèn)題,。

二是電池使燃料電池運(yùn)用更平穩(wěn),、壽命更長(zhǎng)。像豐田為了安全不用鋰電池,，也有用超電容的,，這就是解決了快速加載的問(wèn)題。

第二個(gè)是開(kāi)路,、怠速,、低載都會(huì)產(chǎn)生高電壓。在0.85伏以上,，碳粉的氧化速度也加快,，這都會(huì)產(chǎn)生鉑的流失。用作催化的活性鉑越來(lái)越少,，所以電堆的壽命就會(huì)縮短,。要控制燃料電池的電壓在0.85伏以下，就要限制這些高電位,，特別是控制啟動(dòng)停車,，因?yàn)閱?dòng)停車會(huì)造成鉑大量的流失?？刂茊?dòng)停車有效的辦法是采用放電,，把高電位消除。高電位不消除,，啟動(dòng)停車一次每節(jié)電池電壓衰減0.35豪伏,。消除電堆高電壓放電以后，電堆性能基本上就平穩(wěn)了,。像豐田的電堆,，一個(gè)電堆370節(jié)，一次啟停就要下降一百多豪伏。

再有一個(gè),，低溫,，水結(jié)冰體積會(huì)增加，所以一定要解決低溫儲(chǔ)存和啟動(dòng)問(wèn)題,。電池里邊有三種水,，一個(gè)跟磺酸結(jié)合的束縛水，一個(gè)是自由活動(dòng)的自由水,，還有是介于之間的半束縛水,。半束縛水束縛力越強(qiáng)結(jié)冰溫度越低，所以在低溫下要將燃料電池內(nèi)自由水全部吹光,，這樣的話結(jié)冰以后才不會(huì)破壞膜和電極的結(jié)構(gòu),，啟動(dòng)的時(shí)候可以用二次電池輔助加熱電堆，在制定一定提升電流程序等就可以啟動(dòng)起來(lái)了,。

 豐田為了更好的解決這個(gè)問(wèn)題,，它可以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量水含量。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)清華大學(xué)和化物所都能做到這一點(diǎn)了,。后一個(gè)就是陽(yáng)極水管理,，燃料電池的水是在氧電極生成的。所以不能叫氫電極表面有水滴,，要搞陽(yáng)極的氫循環(huán),，氫循環(huán)搞起來(lái)陽(yáng)極就沒(méi)有水滴了，這件事情可以延長(zhǎng)燃料電池的壽命2000小時(shí)以上,。

在中國(guó)還有一個(gè)特點(diǎn)就是硫化氫和二氧化硫,，二氧化硫?qū)θ剂想姵厥且粋€(gè)累計(jì)性的毒物，二氧化硫多了以后性能比較下降,，我們買德國(guó)的三輛大巴,，在北京開(kāi)兩三個(gè)月不行了，后來(lái)說(shuō)是因?yàn)楸本┦卸齑髿庵械亩趸虻挠绊?。所以二氧化硫中毒可以用高電位方法掃描清除,，但是性能不?huì)恢復(fù)到原有的。我們所搞了電化學(xué)氧化,，我們用電化學(xué)的辦法把二氧化硫氧化為三氧化硫,，氧化就是要做一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)器，電量消耗很少,，空氣當(dāng)中的二氧化硫是PPM極。作為燃料電池除了解決上述問(wèn)題,，我們還要借助鋰電池車的經(jīng)驗(yàn)解決電安全問(wèn)題,，還要解決氫安全問(wèn)題。要建立燃料電池健康狀態(tài)的指示。這個(gè)車是黃燈還是紅燈,，紅燈得停了,，紅燈是檢修了，綠燈是正常的,，另外在突發(fā)事故的時(shí)候,，怎么把燃料電池的電堆電壓從200多伏怎么降到安全電壓60伏以下，這些工作我們都在做,，都有了一些結(jié)果,。

所以我建議盡快完善燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈，提高電堆的工作電流密度,，提高燃料電池的體積和重量比功率,，為乘用車奠定基礎(chǔ)。另外深入研發(fā)電堆衰減機(jī)理,，開(kāi)發(fā)抗腐蝕新材料,、大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與耐久性，希望我們?cè)?023-2025年把燃料電池車的成本降到跟鋰離子電池車比較近的水平,。