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科技部部長(zhǎng)萬鋼近日有關(guān)氫能燃料電池汽車發(fā)展的講話引起了業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。他在題為“未來出行——氫燃料電池及智能車輛技術(shù)”國(guó)際研討會(huì)上表示，氫能燃料電池目前在壽命、可靠性、使用性能上基本達(dá)到車輛使用要求，中國(guó)已初步掌握了相關(guān)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)。未來要加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新，加快推動(dòng)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展。人們從萬鋼講話中不難解讀出中國(guó)新能源汽車發(fā)展的一大重要趨勢(shì)，即氫燃料電池汽車將成重要發(fā)展方向。
萬鋼作為學(xué)者型官員，是汽車領(lǐng)域權(quán)威專家，他于本世紀(jì)初曾任國(guó)家“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)首席科學(xué)家、總體組組長(zhǎng)，并作為第一課題負(fù)責(zé)人承擔(dān)了該項(xiàng)目中技術(shù)最為復(fù)雜、任務(wù)最為繁重的燃料電池轎車項(xiàng)目。正是出于對(duì)燃料電池特別是氫燃料電池的深刻認(rèn)知，萬鋼在多個(gè)場(chǎng)合下提醒產(chǎn)業(yè)界在大力發(fā)展純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的同時(shí)，也要高度重視氫燃料電池汽車的研發(fā)。
體現(xiàn)綠色理念
隱含發(fā)展難題
燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所的付甜甜介紹說，燃料電池概念最早由英國(guó)威爾士科學(xué)家格羅夫于1839年提出。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。
氫燃料電池是使用氫制造能量的電池。其發(fā)電的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，其產(chǎn)物是電和水。具體反應(yīng)過程為：電池陽(yáng)極上的氫在催化劑作用下分解為質(zhì)子和電子，帶陽(yáng)電荷的質(zhì)子穿過隔膜到達(dá)陰極，帶陰電荷的電子則在外部電路運(yùn)行，從而產(chǎn)生電能；在陰極上的氧離子在催化劑作用下和電子、質(zhì)子發(fā)生化合反應(yīng)生成水。電池組通過像這樣大量串聯(lián)的燃料電池，就可以產(chǎn)生足夠的電能來驅(qū)動(dòng)汽車。氫燃料電池與普通電池的區(qū)別主要在于：干電池、蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，是把電能貯存起來，需要時(shí)再釋放出來；而氫燃料電池嚴(yán)格地說是一種把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。
我們不難發(fā)現(xiàn)，氫燃料電池不僅能量轉(zhuǎn)換效率高，只產(chǎn)生水和熱，對(duì)環(huán)境無污染，綠色環(huán)保，而且無振動(dòng)、噪聲低、使用壽命長(zhǎng)。同時(shí)，燃料電池所使用的氫燃料來源廣泛，可采用水分解制氫，也可以從再生能源中獲得。相比純電動(dòng)汽車的蓄電池，氫燃料電池充電時(shí)間要短得多，更換更便捷。付甜甜也指出了氫燃料電池存在的三大局限：一是制氫儲(chǔ)氫技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；二是對(duì)密封性要求嚴(yán)格，使得燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的制造工藝相對(duì)復(fù)雜，使用、維護(hù)困難；三是由于燃料電池不能充電，氫燃料電動(dòng)汽車必須配備輔助電池系統(tǒng)。
奮起迎頭追趕
奠定發(fā)展基礎(chǔ)
付甜甜介紹說，世界上第一輛可使用的氫燃料電池汽車是由通用汽車公司于1968 年制造的，該汽車以廂式貨車為基礎(chǔ)，裝載了最大功率為150千瓦的燃料電池組，續(xù)航里程為200公里。20世紀(jì)90年代，燃料電池電動(dòng)汽車技術(shù)受到了空前重視，世界主要汽車廠商投入了大量的人力和物力研發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車。新世紀(jì)伊始，通用汽車公司接連推出了“氫動(dòng)3號(hào)”和“Sequel”兩款經(jīng)典氫燃料電池汽車。2015年，日本豐田汽車公司正式發(fā)布了其量產(chǎn)版氫燃料電池車“未來”，相當(dāng)于2.0發(fā)動(dòng)機(jī)轎車水平，續(xù)行達(dá)到500公里。
中國(guó)對(duì)發(fā)展氫燃料電池汽車也高度重視并取得了突出成就。早在1999年，清華大學(xué)就生產(chǎn)出了我國(guó)第一輛氫燃料電池觀光車。2001年，上汽集團(tuán)攜手通用汽車公司合資的泛亞技術(shù)中心研制出“鳳凰”氫燃料電池電池汽車。“十五”期間，“863”重大專項(xiàng)中就明確指出要支持氫燃料電池汽車的研發(fā)，并給予項(xiàng)目資金支持。“十一五”和“十二五”期間，氫燃料電池被列為節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目的重點(diǎn)項(xiàng)目。2008年北京奧運(yùn)會(huì)上和2010年上海世博會(huì)上，有一批燃料電池汽車示范運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到目前為止，我國(guó)共研發(fā)試制出200多輛燃料電池汽車在各個(gè)時(shí)間段進(jìn)行示范運(yùn)行，其中包括燃料電池客車、專用車及卡車、轎車。
加大協(xié)同創(chuàng)新
奔向10萬目標(biāo)
日常生活中，我們見到大街上跑的新能源汽車更多的是電動(dòng)汽車，它們以各種新銳的造型吸引了我們的目光，而油電混合動(dòng)力車在外觀上雖然看起來與傳統(tǒng)汽車無異，但它們經(jīng)常以不斷刷新的省油紀(jì)錄進(jìn)入新聞報(bào)道，為我們所熟知。燃料電池汽車與純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車相比，知名度的確有待提高，其現(xiàn)實(shí)發(fā)展水平也與中國(guó)新能源汽車“三分天下有其一”的總體布局不相適應(yīng)。
在汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任歐陽(yáng)明高看來，造成氫燃料汽車發(fā)展相對(duì)較慢的根本原因在于核心技術(shù)沒有實(shí)現(xiàn)突破。他指出，氫燃料電池技術(shù)中最核心、最基礎(chǔ)的技術(shù)是膜電極，其重要性相當(dāng)于電腦和手機(jī)的芯片，而國(guó)產(chǎn)膜電極在耐久性和性能上還有待提升。目前國(guó)產(chǎn)膜電極的壽命最高能達(dá)到8000小時(shí)，而國(guó)際上最好的水平是1萬小時(shí)以上，這直接決定了氫燃料電池的壽命。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院副研究員鄭俊生指出，電池價(jià)格高企是制約氫燃料汽車發(fā)展的瓶頸之一。他解釋說，氫燃料電池的催化劑是鉑金類金屬，其價(jià)格高昂，雖然經(jīng)過技術(shù)進(jìn)步，大幅減少了使用量，但仍然制約了氫燃料電池的成本大幅下降。此外，由于氫氣的貯藏與運(yùn)輸面臨特殊困難，加氫站作為氫燃料電池汽車重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本較高，限制了其推廣。
市場(chǎng)和技術(shù)的自然發(fā)育成長(zhǎng)需要長(zhǎng)期的過程。要較快破解上述發(fā)展難題，贏得發(fā)展先機(jī)，就必須在充分尊重市場(chǎng)規(guī)律的前提下，發(fā)揮政府這只“看得見的手”作用，給予燃料電池汽車特殊的鼓勵(lì)政策。為促進(jìn)加氫站建設(shè)，2014年底，財(cái)政部、科技部等4部委發(fā)布通知，對(duì)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且日加氫能力不少于200公斤的新建燃料電池汽車加氫站，中央財(cái)政給予每站獎(jiǎng)勵(lì)400萬元。此后不到半年，4部委再次聯(lián)合發(fā)布通知，提出2017-2020年間，在對(duì)其他新能源汽車的補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行必要的“退坡”背景下，中央財(cái)政對(duì)燃料電池汽車補(bǔ)助保持不變。
為了整合產(chǎn)學(xué)研力量，攻克氫燃料電池核心技術(shù)，在有關(guān)部門大力支持下，2014年1月，同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)與一汽、東風(fēng)、上汽等企業(yè)成立了中國(guó)燃料電池汽車技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新力度。
根據(jù)2017年4月發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，2020—2030年，中國(guó)燃料電池汽車將迎來三大時(shí)間節(jié)點(diǎn)：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1萬輛；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10萬輛?？梢灶A(yù)見，中國(guó)氫燃料電池汽車正駛?cè)氚l(fā)展快車道。
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