衣宝廉 中国工程院院士 中国科学院大连化学物理研究所 研究员

    问：为什么说上下游协同降本能推动氢燃料电池汽车迈向商业化应用新阶段？

    答：用氢能代替燃油驱动各种交通工具，不仅能实现交通领域节能减排，而且能提高国家能源的安全性。尽管氢燃料电池汽车有诸多优点，但其发展必须攻克成本难点：第一，目前燃料电池发动机比较贵，导致一辆燃料电池汽车的售价是燃油车的2~3倍、锂离子电池汽车的1.5~2倍；第二，加氢站的建设费用比较高，在1200万~1500万元；第三，加氢站的加氢费用每千克为60~70元，只有降到30元以下才能跟燃油车竞争。因此，要实现无补贴的燃料电池汽车商业化运行，必须大幅降低供氢成本和氢燃料电池系统成本，进而降低氢燃料电池汽车运行成本。

    问：降低供氢成本需要考虑哪几个方面？

    答：一是氢源方面，二是储运方面。

    氢源方面，主要有三种制氢方式：化石燃料制氢、工业副产氢制氢、可再生能源制氢。我国具有丰富的副产氢资源，年产量近千万吨；可再生能源制氢是利用弃风、弃水、弃光的富余电量和生物质等进行电解水制氢，电解水制氢类型包括碱水电解、纯水电解（质子交换膜水电解）、高温固体氧化物水蒸气电解，我国碱水电解技术水平世界第一，售价是国际售价的1/3。纯水电解国内已做到兆瓦级，但数量和性能与国外比还有差距。高温固体氧化物电解效率最高，但还处于发展阶段。

    储运方面，利用“三北”地区丰富的水力、风能、太阳能发电，大力发展质子交换膜电解水制氢，把氢气送入天然气管网，最高浓度可达20%，在需要氢气的地方，采用膜分离从天然气氢混合物中提取纯氢，当氢浓度低时，可抽取等热值天然气进行重整制氢。在近海地区发展海上风电，采用电解水制氢，利用氢气管道将氢气输送至海港，将氢液化作为商品用管车送至附近加氢站。加氢站建设电解水制氢装置和天然气重整制氢装置，利用上述方案提高氢气输送效率，降低用氢成本。氢气压缩机、高压储氢瓶、加氢机等也需要尽快国产化和批量生产，还要建设油氢电合建站，大幅降低加氢站的建设费用。

    问：降低燃料电池系统成本需要从哪些方面着手？

    答：首先要降低燃料电池电堆的成本，电堆成本为燃料电池系统的50%左右，要提高电堆比功率，研究高活性的催化剂，同时降低铂用量。制备高性能超薄增强复合膜，增加机械强度，实现低透气率。对于膜电极组合而言，膜减薄后，大幅降低了欧姆极化，同时采用静电喷涂，形成结构部分有序化，从而降低氧传质阻力和提高电极活性。在双极板类型中，无孔碳板和金属板工艺在国内已成熟，加大力度对无涂层的不锈钢板工艺进行研究，薄金属冲压双极板具有比功率高、成本低的优势。改进流场结构，提高电池性能，提高氧气传质速率、排水效率，将电堆的工作电流密度由现在每平方厘米2安培提高为4~5安培，电堆成本由1000~1500元降为500~700元。

    其次，在组装燃料电池系统中，要使电堆在最适宜运行的条件下工作，电-电混合能控制燃料电池输出功率，使其平稳输出，解决燃料电池响应慢的问题，提升电池系统的可靠性和耐久性，降低研发和售后服务成本摊销。

    最后，突破关键材料和氢瓶瓶口阀等“卡脖子”核心零部件，提升核心技术创新能力，实现关键材料、关键部件国产化、批量化生产，显著降低燃料电池系统成本。按美国能源部预测，实现燃料部件批量生产，达到万辆级生产，电池系统成本可降低50%以上，这样，到“十四五”结束，燃料电池发动机成本可降为每千瓦500元左右。（郭 昊  采访整理）