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機遇與挑戰并存!車用氫燃料電池的破局點在哪里?

   日期:2019-06-05     來源:電動汽車網    評論:0       [ 進入汽車材料社區 ] [ 汽車材料館 ]
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核心提示:說到汽車的百年發展史,汽車的動力源,一直都是廣大學者的重要研究對象,從汽油、天然氣、到鋰電池,再到甲醇、氫燃料......驅動汽車前進的動力來源正朝著節能、高效的方向發展。但新能源的技術線路之爭卻從未停止。正當眾人以為純電動即汽車未來發展方向時,氫燃料電池市場卻迎來了大幅升溫,僅2018年,氫燃料電池產業相關投資及規劃資金,就已超過850億元,面對這個挑戰與機遇并存的全新萬億級別的市場,如何破局,也被各大車企提上了首要議程。
?  說到汽車的百年發展史,汽車的動力源,一直都是廣大學者的重要研究對象,從汽油、天然氣、到鋰電池,再到甲醇、氫燃料......驅動汽車前進的動力來源正朝著節能、高效的方向發展。但新能源的技術線路之爭卻從未停止。正當眾人以為純電動即汽車未來發展方向時,氫燃料電池市場卻迎來了大幅升溫,僅2018年,氫燃料電池產業相關投資及規劃資金,就已超過850億元,面對這個挑戰與機遇并存的全新萬億級別的市場,如何破局,也被各大車企提上了首要議程。
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  什么是燃料電池?它的優勢何在?
  
  實際上,氫燃料電池就是將氫氣和氧氣的化學反應,直接轉換成電能的發電裝置。其基本原理就是大家熟知是“電解水”的逆反應,通過把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應后,放出電子通過外部的負載到達陰極,并通過產生的化學反應,生成水,釋放部分熱量并發電。
  
  首先,燃料電池對環境無污染。它是通過電化學反應,而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲能(蓄電池)方式來驅動車輛,燃燒會釋放像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會產生水和熱。如果氫是通過可再生能源產生的(光伏電池板、風能發電等),整個循環就是徹底的不產生有害物質排放的過程。
  
  其次,燃料電池運行過程十分安靜,噪聲大約只有55dB,相當于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內安裝,或是在室外對噪聲有限制的地方。
  
  最后,燃料電池的發電效率可以達到50%以上,這是由燃料電池的轉換性質決定的,直接將化學能轉換為電能,不需要經過熱能和機械能(發電機)的中間變換。
  
  因此,如果可以把這套系統放到車里面去,利用氫的化學反應產生電量,并驅動輪轂電機,共同來推動汽車的運動,那么,氫燃料電池簡直就可以稱為汽車能源的終極解決方案了!
  
  研發投放階段已完成?哪家車企走在前列?
  
  實際上,從日韓、北美、等發達國家和地區的燃料電池汽車發展現狀看,一些公司甚至都已經完成了燃料電池汽車的基本性能研發階段,并解決了若干關鍵技術問題,其整車性能、可靠性、壽命和環境適應性等各方面均已基本達到了和傳統汽油車相媲美的水平。
  
  早在1996年,豐田就研發出了一輛質子交換膜燃料電池汽車。作為該領域的先行者,豐田汽車共申請了15867件與燃料電池相關的專利,并位居首位,如果再加上與豐田淵源深厚的愛信精機和電裝,豐田體系的公司將48.6%的技術壟斷在自己的手中。
  
  2014年12月,豐田燃料電池汽車MIRAI在日本上市。并于18年開始量產,豐田在2008年最初立項開始,預計MIRAI售價人民幣600萬元,直至2014年豐田MIRAL正式推出時,售價已經降至43.5萬元,而實際上,除去日本政府的補貼,日本消費者只需支付約521萬日元(約合人民幣31.3萬元)。
  
  如此顯著的大幅降本,究其原因,可歸結為企業量產規模擴大、混合動力系統大規模應用、系統簡化等促進FCV成本下降。但也能看出豐田在該領域的強大實力。
  
  作為美國數一數二的汽車公司,通用汽車在1990年即開始研發燃料電池在汽車方面的應用。通用公司在燃料電池汽車技術的三大核心技術方面,專利量均在全球排名靠前,其核心專利均布在燃料電池技術與燃料電池系統關鍵技術領域內,其中涉及熱管理系統、氣體通道、燃料供給、催化劑、膜電極、電解質、質子交換膜以及動力控制。
  
  2018年1月,通用汽車公司宣布,將推出首個具有自主功能的SURUS軍用無人駕駛燃料電池車輛通用底盤平臺,配有通用汽車最新的Hydrotec燃料電池自主系統和卡車底盤組件,能夠提供高性能以及零排放的推進力。憑借兩款先進的電動驅動單元,四輪轉向系統和鋰離子電池系統,可以提供645km航程能力。
  
  除此之外,本田,現代等日韓車企,也相繼推出了自己的氫燃料電池汽車產品,與這些一流企業相比,國內企業不管是財力還是技術層面,明顯處于劣勢狀態,而造成這種劣勢的原因,很大層面上,是國內企業主要發展中下游技術,氫燃料電池產業鏈不能完整閉合導致的。
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  國內產業鏈難以形成,氫燃料電池的破局點在哪里?
  
  今年3月底,國家多部委聯合發布《關于進一步完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》明確指出,過渡期后,不再對新能源汽車給予購置補貼,然而在最新的補貼政策調整中,燃料電池汽車的補貼政策卻沒有變化。甚至不少地方出臺的相關扶持政策還有所加碼。同時,氫能源今年首次寫入了政府工作報告,這些信號都勢必加快推動氫能產業的發展。有了政府的大力扶植,為何氫燃料汽車的市場占有率仍舊低下呢?在我看來,氫燃料電池還面臨三個方面的挑戰。
  
  首先是標準類。目前在儲氫系統這塊70MPA的氫系統標準氣體,物流領域應用氫氣的標準,還有燃料電池整車的相關標準都亟待完善。
  
  其次是資源類。燃料電池汽車的利用肯定離不開加氫站的投資跟運營。目前加氫站無論是在審批和用地上都有極大壓力,還有很多需要明確和優化的地方。
  
  另外是自主開發的零部件,需要把成本在2025年下降80%,最關鍵的是實現燃料電池系統的關鍵零部件的自主開發和國產化。最后是政策導向的市場壓力,現在氫原料電池產業是一個補貼驅動的市場,在沒有補貼或者補貼退坡以后,企業將面臨很大的壓力。
  
  此外,由于氫燃料不能直接從自然界獲取,需要人工制造。常用的制氫方法有化石燃料催化制氫、工業副產物制氫、生物制氫及太陽能制氫等,但效果都不理想,設備復雜,投資大。當然,氫氣能通過電解水獲得,但能耗高。工業制氫尚無最佳方案,仍然有待研發。盡管我國目前石油、鋼鐵等產業規模很大,但這些產業的副產氫在產業里所占比例非常小,在氫能社會中,這些產量是遠遠不夠的。”制氫、運氫、儲氫、加氫整個過程,都需要時間來構建完整的產業鏈。
  
  盡管國內燃料電池汽車產業正在逐步成熟,但與發達國家相比,我們國家的燃料電池核心材料、部件水平、整體壽命還有一定的差距,低成本燃料電池發展主要受制于低鉑、超低鉑的催化劑和膜電極,就是第二代、第三代的催化劑、膜電極,基礎問題和科學問題都需要解決。
  
  因此,想要在氫燃料電池領域找到一個完美的破局點,企業需要投入大規模的人力和財力,進行技術攻關,并通過各方資本,通過引進高新技術,來全面完善自身的“硬實力”,而不是利用當下氫燃料的高熱度,資本市場的高度看好和政府的大力扶持補貼,想掙點“快錢”,要杜絕補貼落后產能,從重打擊騙補行為,引導社會資本積極合理地進入包括燃料電池在內的新能源領域,這樣才能培育出我們自己的燃料電池車企與產業。
 
連接技術 新能源
 
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