【2019泰达论坛】中国工程院衣宝廉:提高车用燃料电池可靠性与耐久性

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8月200日~9月1日,“2019中国汽车产业发展(泰达)国际论坛”在天津滨海新区举行。本次论坛以“全面深化改革开放,发展壮大新动能”为主题,围绕未来政策动向、汽车新四化、深化改革和加强国内外品牌合作土法子土法子、自动驾驶和人工智能等前沿趋势、燃料电池重点难点大问题等展开交流探讨。以下为中国工程院院士衣宝廉现场演讲实录:

中国工程院院士 衣宝廉

演讲内容:

尊敬的杨院士、李院士、高书记以及各位嘉宾,下午好!

我讲的题目是提高车用燃料电池的可靠性和耐久性。我分两每种进行演讲,第一每种简单介绍一下国内外燃料电池车的现状,下一每种是为啥在么在提高燃料电池的可靠性和耐久性。

原料电池的原理是电化学,而且效力比较高,燃料电池的工作土法子是内燃机的,跟锂电池比它的能量都会 储地处电池里,也不尽管燃料电池的膜都会 破的刚刚,而且破了电压下降,没那么人 把固体 关掉,我不要 产生燃烧和爆炸,也不燃料电池是比较安全的,能量和转化系统是分开的。

把燃料电池装下 车上,现在一般都会 混合动力的、电电混合的、直驱的土法子,都会 充电式。跟燃油车相比,用氢瓶代替了油箱,有燃料电池发动机代替了内燃机,得到的好处也不我排放那么 了,也不我排放水,代价现在也不我运行费用高、发动机成本高,还还有一个 贵。

燃料电池车的性能现在从续驶里程、加氢的时间,从驾驶人员的感受以及舒适性、适应性都达到了燃油车的水平,而且刚刚不地处两高,燃料电池详细还还可以 代替燃油车,而且它有还还有一个 最大的拦路虎,还还有一个 是发动机的成本比较高,一台燃料电池车的售价是燃油车的一倍,比如说大巴车,柴油车卖一百多万,燃料电池车卖到二百多万,小轿车也是这种 具体情况。再有运行费用比较贵,运行费用现在用市电电解水,做氢。  燃油车一一辆离米 消耗七八升油,也也不我40多块钱,一公斤氢七八十,运行费用比较高,费用最低的锂电池车,跑一一辆平均15度电左右,一度电一块钱,才15块钱,也不燃料电池车要想大规模应用,还可以 把两高消灭掉。一公斤氢卖40块钱左右,我还还可以 燃料电池车是还还可以 普及的,这种 时间我预计还可以 三年到五年左右。

现在燃料电池发动机从体积来看,刚刚还还可以 跟内燃机相比,去年在海口开会,本田说刚刚达到了内燃机的水平,乘用车都超过了20000小时,大巴车达到了20000多小时,时间寿命还是还还可以 的,但都会 每一辆都能达到这种 水平。从造价来看还是比较贵的,这里有还还有一个 不仅仅是价钱,还有资源的限制,也不我铂的用量大问题,现在一千瓦国际上用铂是0.2克,国内降到了0.3克左右,要想成百万辆的生产还可以 降到0.1克以下,现在实验室刚刚达到了这种 要求,也不铂用量都会 还还有一个 核心因素了,那么 没那么人 看得有点儿,而且刚刚功率的提高和催化剂活性的提高,铂的大问题现在看来有希望了。

国内从2001年成立电动汽车国家专项以来到现在就做这方面的研究,到现在有20年的时间了。没那么人 从2005年刚刚,整车结束了跑了,2007年参加了上海大赛,2008年奥运会有23辆燃料车参与运行,2007年有16辆轿车到美国加州进行了实验,2010年有一辆大巴到新加坡参加了世青赛,196辆燃料电池车参加了上海世博会的示范运行,也不国际上看中国示范的燃料电池车还是比较多的,积累了充沛经验。而且在世博会刚刚的示范着眼点都会 经济,都会 做一台车花哪有几个钱,运行一一辆花哪有几个钱,也不我着眼燃料电池车还还可以 适用,着眼的是技术大问题。那个刚刚的示范叫技术性的示范,现在也叫示范,产业化的初始阶段,而且这种 示范是经济性的示范,我考察经济上可不可行。

在奥运会示范刚刚上汽搞了还还有一个 创新征程,分南线和北线,它的目的也不我考察有一种电动车,锂电池车、燃料电池车和混合动力车对中国环境的适应性。所有的车都会 西藏进行了预热,当时我最担心的燃料电池车在西藏还还可以 跑起来,实验结果还是能跑,速率单位上不去,刚刚西藏的氧浓度还可以 10%,也不有一种车在我国的地理环境下不管是沿海还是内地,都能行。也不这种 示范还是行成功的。

那么 大行动的是2018年2月11日成立了中国的氢产业联盟。没那么人 国家的大国企,像能源集团、“三桶油”都会 能源联盟里,也不它是发展氢能和燃料电池的中流砥柱,国企还是有充沛的资金实力,也不联盟的成立现在又发表了白皮书。

2018年“十三五”支持燃料电池的经费刚刚达到了8个多亿,还有最后一批没放下来,拿得最多的还还有一个 是北方团队,也不我大连化物所,搞燃料电池基础研究,4900万,还有上汽的第一大股东,拿了一亿两千五百多万,还有1.8个亿。

这种 公告刚刚过时了,现在又多了好多。

现在装车的电堆大每种还是卡补贴的,以200千瓦起步,上限是200千瓦。国际上装车的都会 200千瓦左右,没那么人 的功率相比来讲还是低的,有点儿是做乘用车,乘用车燃料电池的功率也不我五六十千瓦,就得依靠锂离子电池,也不锂离子电池的不安全性带到了燃料电池车上。也不乘用车用的燃料电池应该在200千瓦数量级。到现在,要按车数算,离米 有2000多辆车投放了市场,而且我得到的消息是有2000多辆车在运行。

成本占比燃料电池堆这上面写的是离米 200%,现在实际装车燃料电池的成本刚刚达到了200%到70%,刚刚空气循环泵和氢瓶都大幅度下降了,那么 在国内装车是1:1,现在电堆的成本刚刚上升到70%左右。

国内到现在有2还还有一个 省市相继发布了氢能和燃料电池的发展计划,也不国内很热。我认为基础最好的还是以上海为中心的长三角地区,没那么人 有三大平台,示范的车辆也近千辆,也不发展基础是最充沛的,其次是珠三角,广东省为核心的,还有也不我北方以清华、亿华通支撑起来的,和宇通公司,以冬奥会为突破口,也不燃料电池还还有一个 示范比较好的地方,长三角、珠三角和张家口地区。

现在的车国内公开出售的商用车是V200,V200是上汽大通做的,发动电堆是大连新源的,辽宁省想买200辆,实际到货是40辆,在新宾县运行。

乘用车方面,也是上汽装的荣威9200,在黑龙江跑了,还还可以 在零下20度储存和使用,用的是复合板的电堆,性能还不错,还还可以 公开买到。

亿华通收购了神力,还可以 组装有一种类型的电,200千瓦的电堆和200千瓦的电堆,它这种 电堆是石墨粉和树脂冲压出来的,也不这种 双基板电导低这种 ,而且很实用,跟新源的复合板还还可以 相比,实际丰田也是复合板。亿华通在电池系统方面是第一把交椅。

宇通做得比较多,刚刚是第四代了,当事人建了加氢站,亿华通和宇通的客车在张家口,大客车一共是74辆,利用亿华通的技术福田装了49辆,宇通提供了25辆,这74辆车在张家口跑的非常好。得出的结论,燃料电池车非常适合于寒冷地区的运行,刚刚锂离子电池车在冬天负200度的刚刚油量比较大,刚刚开空调续驶里程大幅度下降,燃料电池工作温度是靠当事人的余热,也不冬天跟夏天没哪哪有几个影响,夏天排热挺困难,冬天还还可以 用燃料电池的余热,刚刚它是200度给大客车取暖,空调还不耗电,也不说得出来还还有一个 结论,在张家口示范运行。燃料电池车有点儿适合于寒冷环境下的示范运行,不但里程不缩短,能量利用速率单位刚刚空调我不要 开,还提高了。

我上面讲的有一种不管是上汽跟新源,还是亿华通和神力这都会 国产技术。下边也不我国鸿,膨胀石墨双基板,把膨胀石墨冲压成型,往上面灌树脂,这种 电堆体积比在1.5-1.8,很低,而且很靠谱。也不国鸿生产的电堆在国内示范车当中的占有率达到了70%-200%,国内跑的好几千辆车有70%-200%的电堆出自国鸿,生产线是新源的还还有一个 部长搞起来的。

而且国鸿引进除了200千瓦、200千瓦,还有200千瓦、85千瓦,85千瓦装大巴车就更好了。共同没那么人 在云浮利用这种 电堆装了城市的轻轨下线示范运行了,也不说国内两条路这两条路走的都会 错。

也不没那么人 现在看来,国内电堆刚刚超过了20000小时,达到了一万多两万小时,跑车也跑出来了,但都会 每一辆,不光国鸿的电堆还是新源的国鸿,还是神力的国鸿都跑过了20000小时和20000小时。没那么人 也成长起来这种 企业,而且没那么人 的大问题也不我产业链还不全,大每种的关键产业链还是依赖进口。现在装车的电堆都会 在每立升两千瓦左右,正在发展的以新源动力以及国内这种 这种 公司都做到了每立升三千瓦,而且哪哪有几个电堆装车是装了,而且还那么 跑过20000、20000,要把这种 数据跑出来还可以 说达到了国外的水平,在这种 过程当中还有很长的路要走。

这是新源动力装的金属板电堆,这种 电堆它是75千瓦,正常输出功率,峰值功率是85,刚刚达到了每立升3.4千瓦,正在装车跑。也不万部长在长春的科学年会上讲了,国内燃料电池在寿命、可靠性、使用性上基本达到了车辆使用要求,中国初步掌握了相关的核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台,未来要加强协同创新,加快推进氢能燃料电池产业的全面发展。我总结了几点。

第一,没那么人 积累了几瓶的示范经验,具备了进行大规模示范,考核经济性的基础。

第二,没那么人 应该尽快实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、双极板等批量生产,为强电堆成本和提高电堆一致性奠定基础。

第三,提高电堆的比功率,降低电堆成本和铂用量。燃料电池车发展了二三十年,成本降下来主也不我提升比功率,一结束了国内国外每平方厘米是200毫安,之后 升到了2000-2000毫安,第三阶段是2000到还还有一个 安培,现在是1-1.5安培,将来的发展方向是2-3安培,过还还可以 做到2.5-3安培每平方厘米,燃料电池的成本就能达到每千瓦一千块钱,铂用量就小于0.1克,别的都会 用改,也不说提高电堆的比功率是降低电堆成本的最有效的土法子。

第四,没那么人 要进一步提高电堆的可靠性和耐久性,为哪哪有几个要那么 做呢?刚刚现在燃料电池堆里用的材料把固体 和氧气送进去要稳定的开,在车用工况下减慢垮了。没那么人 要把给燃料电池堆制造还还有一个 非常温馨的,适合它生存的环境,来确保燃料电池的寿命。

下边让你讲这每种。第一也不我工况,车开起来一会儿加速、一会儿缓速 ,一会儿停车,原因分析分析燃料电池堆电流电压大幅度波动,湿度、压力都会 波动的,也不哪哪有几个波动就原因分析分析催化剂腐蚀,化学损伤,头三辆大巴车都会 到还还有一个 月详细都死掉了。

那么 除理的土法子,第一件事情也不我电电混合,司机把油门踩下去,这种 电离米 毫秒级到微秒级就变化了,那么 燃料电池把电发出来,空气氧气要送进去,这种 时间是秒级的,也不燃料电池就跟不上,它就欠气,要反击和腐蚀。一结束了做纯燃料电池车,国外为啥在么在做呢?要延迟几秒,实验室要做出来,司机踩油门先把气量增加,包括结束了买的外国的纯的燃料电池车都会 预供气,也也不我说踩下去都会 延迟,根据速率单位不一样,延迟时间不一样。

采用了电电混合刚刚,驾驶性能达到了燃油车的要求,踩下刚刚锂离子电池先给驱动电机供电,燃料电池增加固体 ,共同增加功率输出,燃料电池功率输出增加锂离子电池往下降,最后都会 燃料电池,锂离子少的刚刚给锂离子充电,也不说这种 电电混合是还可以 的,被全世界采用。这种 也不我没那么人 国家以万钢为代表的搞车的同志提出来的,都会 可有可无的事,纯燃料电池车也不我要回到预供气那个阶段,它的操作土法子跟燃油车不一样。司机的感受不一样,马上是加速不了的,这也不我说燃料电池它的功率增加是有一定的限制,得把气供上,也不电电混合刚刚就除理了这种 大问题。

二是电池使燃料电池运用更平稳、寿命更长。像丰田为了安全我不要 锂电池,都会 用超电容的,这也不我除理了快速加载的大问题。

第还还有一个 是开路、怠速、低载都会产生低电压。在0.85以上,碳粉的氧化速率单位也加快,这都会产生铂的流失,铂的流失刚刚用铂那么 少,也不寿命就会缩短,要控制燃料电池的电压在0.85伏以下,就要限制哪哪有几个高电位,有点儿是启动停车。启动停车会造成铂几瓶的流失。启动停车最有效的土法子是采用放电,把高电位消除。高电位不消除,启动停车一次每衰减0.35伏。消除刚刚基本上就平稳了,像丰田的电堆,还还有一个 电堆370节,这是变成一节的。

再有还还有一个 ,低温,水结冰体积会增加,也不一定要除理低温储存和启动大问题。那么 低温储存一定要电池上面有有一种水,还还有一个 跟磺酸结合的束缚水,还还有一个 是自由活动的自由水,还有是介于之间的。结合里越强结冰温度越低,也不在低温下燃料电池要把自由水详细吹光,那么 搞笑的话结冰刚刚才我不要 破坏膜和电机的结构,也不说启动的刚刚还还可以 用二次电池等就还还可以 启动起来了。

丰田为了更好的除理这种 大问题,它还还可以 现场测量水含量。现在国内清华大学和生物所都能做到这种 点了。最后还还有一个 也不我阳极水管理,燃料电池的水是在氧电极生成的。也不还可以 叫氢电极表皮有机水,要搞阳极的氢循环,氢循环搞起来阳极就那么 水了,一件事情还还可以 延长燃料电池的寿命2000小时以上。

在中国还有还还有一个 特点也不我氯化氢和二氧化硫,二氧化硫对燃料电池是还还有一个 累计性的毒物,二氧化硫多了刚刚性能比较下降,没那么人 买德国的三辆大巴,在北京开两还还有一个 月不行了,之后 说是刚刚北京市的二氧化硫的影响。也不二氧化硫还还可以 用高电位土法子扫描清除,而且性能我不要 恢复到原有的。没那么人 所搞了电化学氧化,靠吸附器来吸附二氧化硫,没那么人 用电化学的土法子把二氧化硫氧化为三氧化硫,氧化也不我要做还还有一个 电化学反应器,电量消耗很少,空气当中的二氧化硫是PPM极。作为燃料电池除了除理哪哪有几个大问题,没那么人 还可以 借助锂电池车的经验结果电安全大问题,还可以 除理氢安全大问题。要建立燃料电池健康具体情况的指示。这种 车是黄灯还是红灯,红灯得停了,红灯是检修了,绿灯是正常的,另外在突发事故的刚刚,为啥在么在把燃料电池的电堆电压从200多伏为啥在么在降到安全电压200伏以下,哪哪有几个工作没那么人 都会 做,都会 了这种 结果。

也不我建议尽快完善燃料电池发动机的产业链,提高电堆的工作电流密度,提高燃料电池的体积和重量比功率,为乘用车奠定基础。另外深入研发电堆衰减机理,开发抗腐蚀、大幅度提高发动机的可靠性与耐久性,希望没那么人 在2023-2025年把燃料电池车的成本降到跟锂离子电池车比较近的水平。

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