燃料电池汽车的研究现状

中国燃料电池汽车的发展前景如何？

中国燃料电池汽车驶向何方？

  2000年的第一轮燃料电池汽车试运行高潮过后，世界各国对燃料电池汽车的投入，已从建造示范汽车重新回到加强应用基础研究。因为科学家冷静地认识到，燃料电池汽车要走向商业化，必定是一场需要厚积薄发的“长跑”。
  2006年8月17日，是我国燃料电池汽车研制进程中一个特别的日子，由中科院大连化学物理研究所等自主研发的两辆燃料电池观光示范车，在大连市的星海广场投入了交车的试运行，中国的燃料电池汽车又前进了重要的一步。

  然而，比起几年前“超越2号”燃料电池汽车等竞相亮相时的情景，此次在大连的燃料电池汽车的试运行似乎显得冷清得多，没有媒体大篇幅的报道，也没有引起圈内专家和坊间百姓过多的讨论。科学家对此显得头脑异常地清醒：“此次它在大连的试运行，主要的目的之一，是为了让公众提高对燃料电池汽车的认识，知道一个浅显的基本道理，虽然目前已经出现全球性的石油高价位局面，但即便将来世界上一滴汽油都没有了，我们还能用氢源燃料电池开车。这也是为将来燃料电池产业化所作的一个舆论准备。另一个目的，就是考核燃料电池的寿命。”

  “不是百米冲刺，而是厚积薄发的长跑”

  “氢源燃料电池汽车要真正走向商业化不是百米冲刺，而是厚积薄发的长跑。”中国工程院院士、大连化学物理研究所燃料电池工程中心总工程师衣宝廉，谈到燃料电池汽车的未来走向感慨地说，这是经过一连串的实验、试运行得出的结论。

  燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它可以直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。衣宝廉院士介绍，世界上第一轮燃料电池汽车研发高潮在2000年左右，当时，美国、欧洲和日本的各大汽车生产厂家，无不都在加紧开发燃料电池技术，企业界尤其是各大汽车生产厂家看到燃料电池巨大的市场潜力，纷纷投入巨资，组成联盟，进行燃料电池车的相关研究、试验与生产。各大汽车公司，包括奔驰、通用、丰田等都认为，到2004年燃料电池车将能够批量生产，实现产业化。戴姆勒—克莱斯勒甚至宣称，预计届时燃料电池汽车的售价将降至每台约1万8100美元。美国能源部长佩耶1998年在接受《纽约时报》的采访时也作出自己如意的预测：燃料电池进入家庭、汽车和其他领域的步伐将比人们的想象要快得多。

  我国关于燃料电池车研究的竞争也非常激烈。长期从事氢源燃料电池研究的中科院大连化物所，早在上个世纪90年代初期，就开始对氢源质子交换膜燃料电池的研究。1996年底，这一研究得到国家科技部、中科院、国家自然基金委的经费支持，并在国家“九五”计划中立项。2000年，大连化物所研发出第一台质子交换膜燃料电池发动机，并与中科院电工所、二汽集团合作，组装出了一台燃料电池中巴车，于2001年进行了试运行。随后不久，又组装了一台30千瓦功率的燃料电池中巴车。“当时，我们许多人都乐观地估计，燃料电池汽车已经到了产业化的前夕。”除大连化物所外，至2004年，国内在北京、上海等地，陆续出现了燃料电池汽车的试运行，当时许多人同样怀有迎接临盆婴儿般的喜悦期待：燃料电池汽车已经“接近‘走出实验室，实行量产’的大门”。

  然而，事实却并非预料中的那么乐观。2003年7月，最早将燃料电池汽车投入商业运营之一的日本丰田汽车公司，召回了其出租的6辆燃料电池汽车，并宣布推迟另外6辆燃料电池汽车的租赁。原因是储存氢燃料的高压氢气罐，它在加注氢气时出现了泄漏。几乎与此同时，各个国家都在燃料电池汽车的试运行中，发现了一系列防不胜防、需要马上就解决的难题。目前，国际社会关于燃料电池汽车未来的预测是，“要达到产业化至少要到2015之后”，第二次试运行高潮将出现在2010年左右。

  电池寿命决定研究生择业

  可以说，2004年左右实现产业化的预测以失败告终，但世界各国对燃料电池汽车研究的热情有增无减。“世界范围内已经‘烧’掉了几百亿美元，市场潜力又十分巨大，谁也不愿意就此停顿下来。”作为我国燃料电池研究的第一代亲历者，衣宝廉院士相当感慨。

  当前，国际上燃料电池汽车又进入了第二轮研究，与早些年的热血沸腾、踌躇满志相比，现在人们对燃料电池车的研究持更加冷静的态度。2000年之前，各国主要是投入造车和示范，从2001年到现在，各国在继续进行示范的同时，都将重点重新转向应用基础研究。希望通过研究燃料电池各种基础性的问题，找到解决车用燃料电池寿命问题的根本办法。（例如研究氢能本身的技术问题、制氢和储氢技术、高效的氢能转换技术等。）即找到解决车用燃料电池（汽车的动力源）动态响应、环境适应性与降低贵金属担量等影响电池寿命、成本的办法。

  质子交换膜燃料电池具有可在室温下快速启动、负载响应快的特点，成为交通运输领域如电动汽车等和各种可移动电源的最佳候选者。“它作为燃料电池汽车最为核心、最为重要的部件，其实关键也就在那一张膜，现在科研人员希望研究出增强的、自增湿的，在中温120摄氏度左右的复合质子交换膜，以提高燃料电池的寿命和性能，包括如何解决动态响应对电池性能的影响等。”衣宝廉院士说得比较“专业”。

  记者在采访中询问，燃料电池观光车在大连试运行，是否预示着它能于近期在全国推广，无论是致力于燃料电池研究已30年的衣宝廉院士，还是大连化物所燃料电池联合实验室主任张华民研究员等，科学家们都显得格外出奇的冷静。张华民指出，燃料电池汽车要成为真正的商品，要与现在非常成熟的内燃机车在各个方面进行竞争，必须解决寿命、成本、稳定性、耐久性、环境适应性等诸多问题，其中最为关键的是寿命和成本问题。

  “寿命和成本，是在第二轮应用基础研究中，各个国家首先要早日解决的关键问题。”衣宝廉院士也介绍，对2015年实现氢源燃料电池车商业化的第二次预测能否实现，解决以上两个问题的时间表将起到决定性的作用。其中，摆在第一位的是在2010年左右能否解决电池寿命问题，只有这个问题得到彻底解决，燃料电池汽车才能走向成功，否则一切都无从谈起。但如果燃料电池汽车的电堆动态寿命能达到5000小时以上，接下来的降低成本，主要靠关键零部件的批量生产和降低铂担量，难度相对较低。

  现在国际上每辆氢源燃料电池汽车的成本，一般在100万美元到200万美元之间，造价的确非常昂贵，“因为现在这些氢源燃料电池汽车的打造，基本都是人们用一双双手‘抠’出来的，如果能实现流水线上的批量生产，成本自然而然也就降下来。可以说，解决寿命问题是能否实现产业化最关键的判据”。

  美国总统布什前些时候曾推断，美国现在的小孩到了今后他们可以开车的年龄，可以方便地买到燃料电池汽车，而且在社区附近就可以加氢。关于燃料电池汽车的产业化期限，衣宝廉也颇有信心地认为，可以用5年的时间解决电池的寿命问题，再用5年的时间解决电池成本问题。

  “我认为，出现第二代氢源燃料电池示范车的高峰，应该是在2010年前后。”衣宝廉对自己正带的研究生讲，“你们毕业后的工作好不好找，就看2010年这个节点，如果到时候燃料电池寿命能达到设计要求，说明燃料电池汽车可以实现工业化，届时你们就能找到很好的工作、得到较高的薪酬。”

  衣宝廉和布什的推断基本相同，只不过布什的描述更为形象化，科学家的描述更有逻辑性和严谨性罢了。

  工程中试放大由谁买单？

  “我们大连化物所得到了中科院知识创新工程的支持，前些年基础研究攒下的后劲很足，技术储备雄厚。今年，国内大汽车集团想介入燃料电池发动机的研发，他们经过多方的认真评估，最后燃料电池的研发还是选定大连化物所。这也说明，中科院实施的知识创新工程起了很大作用。”衣宝廉说。

  “但应用基础研究只是一方面。我们所虽然取得的成果很多、发表的文章也很多，但是成果一时还不能拿到真正的汽车上应用，就是不能实现工程放大。基础研究与工程中试放大这两张皮的脱节问题该怎么解决？”张华民像是在自问自答。

  谈到车用燃料电池的工程中试放大，衣宝廉显得格外忧虑：“工程放大对车用燃料电池的研究非常重要，不进行工程放大、不把我们开发的技术放到真正的汽车上应用，永远不知道我们以后生产出来的车用燃料电池，在汽车开到路上时会出现什么问题。”

  张华民介绍，刚刚在大连投入示范运行的两辆观光旅游车，是大连市政府拨款200万元，大连化物所用多年积累的“863”技术设计开发的。其实就是希望通过示范车，检测考验燃料电池技术存在的问题，并通过长时间的运行来发现新问题，以便研究人员在今后的研究中可以对此进行改善，最终推动车用燃料电池技术的发展。

  然而，像大连市政府这样富有远见的支持可遇而不可求。张华民说：工程放大始终是制约我国车用燃料电池技术发展的一个瓶颈。目前，政府部门投入的科研经费，主要是用以支持燃料电池的基础研究，那么，工业放大的大笔经费该去哪里找？

  “虽然国内很多汽车集团对燃料电池很感兴趣，但是投入工程放大至少需要几千万元，一旦失败，几千万元就一去无返地打了水漂，对企业来说风险实在太大，一般都不敢轻易投入。我虽然同时身兼大连新源动力董事长，但公司的总共股本也就6000多万元，新源动力不是不想冒着风险上项目，但它不是几十万、几百万元的小打小闹，若要投几千万元就显得力不从心，我也说服不了公司各家股东拿这么多的钱来投。”衣宝廉院士苦笑。大连化物所是新源动力股份有限公司的主要股东，衣宝廉是新源动力名义上的“老板”，又是大连化物所实际在编的人员，面临如此棘手的两难选择，他无计可施也情有可原。

  “以前发展燃料电池的投资者主要是政府，而今公司已成为发展燃料电池、尤其是燃料电池电动车的投资主体。世界上所有的大汽车公司与石油公司，均已介入燃料电池车的开发。”衣宝廉在他两年前编写出版的《燃料电池》一书中，曾经援引了下面这样一组权威数据：“短短几年时间，投入约80亿美元，研制成功的燃料电池汽车达到41种，其中轿车/旅行车24种、城市间巴士9种、轻载卡车3种。2003年美国又宣布了一个投资25亿美元的发展燃料电池汽车的计划（Freedom Car），其中国家拨款15亿美元，三大汽车公司投资10亿美元。”

  燃料电池的工程中试放大究竟该由谁买单？该到哪里去寻找大笔资金的投入支持？这是车用燃料电池技术从“观赏”变成“实用”的关键所在，它成了目前大连化物所科研人员非常“头大”的问题。

  诚如衣宝廉院士所说，燃料电池汽车从研制开发，直至最终实现产业化和商业化，是一场需要厚积薄发的长跑，无论是体力，还是毅力和耐力，都对运动员是个严峻考验。

  能不能实行政府和企业的AA制，找出一个最合理而且最公平的“买单”办法？

  为了今后不仅仅是“观光”

  美丽的大连有她的多张名片，比如，大连的美女骑警，大连的星海广场等，现在，大连又有了她的一张新名片。据大连市的一份《燃料电池游览车示范项目实施方案及进展报告》介绍，“中科院大连市新能源示范基地将作为大连市的又一亮丽的名片，进一步提升大连市着眼未来发展及和谐洁净的城市品位。”

  大连市已经驶向星海广场的燃料电池示范车，就是大连市新能源示范基地示范内容之一。

  由中科院大连化物所和大连新源动力公司共同主持，除了已经完成的燃料电池示范车项目，亦即在星海广场运行的观光游览车，今后还将包括某些公交线路，向大连市各界和前来大连旅游的人士展示不依赖于以石油能源为燃料，而是以氢源为替代燃料、以燃料电池为发动机的未来新能源利用新模式。

  不久前，由大连市发改委主持申报成功的国家燃料电池及氢源技术国家工程中心，其建设方案已经得到了国家发改委的认可，正式启动并进入建设阶段。工程中心的重要建设内容之一，就是建立中国燃料电池技术转化和示范的基地。同时由于还决定，在七贤岭高新技术园区内建设大连化物所国家工程中心产业园区、大连市新能源示范基地将建设在该园区。

  据知情者介绍，中国科学院、英国BP公司、中国石化公司已表示将参加大连新能源示范基地的建设，大连市政府已对该建设项目进行相关协调和组织推动，国家科技部也将给予相关的经费支持。

  大连星海广场上运行的燃料电池观光示范车，作为大连市燃料电池示范车项目内容之一，展示的是相对比较简单的技术。比如为了提高燃料电池的效率和寿命，采用了燃料电池和蓄电池混合，也就是电—电的混合，而不是内燃机和电池的混合，这样车在刚启动的时候，蓄电池可以“帮一下忙”。

  星海广场的观光车，燃料电池输出功率只有5kW，储氢容器为碳纤维增强金属瓶。该车在2006年4月至10月运行，也就是说，它在大连市最好的旅游观光季节展示，每天只有5小时，计划运行两年。“反正就是那么两辆观光车，燃料用完了加加氢就可以，燃料电池可以更换。”衣宝廉院士说。

  观光车上配有VCD（车载电视），虽然那只是雕虫小技，但也可以从中看出设计者的良苦用心，观光乘车的时候可以随车播放光盘介绍燃料电池技术，“因为新技术的普及首先要让老百姓都理解”。

  或许应该为大连市在星海广场的这张名片上，叠加了“新能源示范基地”这张新名片而喝彩。

  但我们在为大连市如此举动喝彩的同时，也多少为我国燃料电池汽车未来的产业化进程担忧。

  其实，我国拥有燃料电池示范车的城市，大连既不是唯一的一个，更不是最早的一个。据估算，北京市现在最起码就有3台要迎接奥运的示范车，在联合国环境署（UNDP）经费支持下，由清华大学做整体负责单位。北京市预计今年投入使用的公交汽车将达到200辆,这种“零污染”的燃料电池公交汽车上，前端车头的上方，液晶大字赫然显示着“科技示范线”。武汉市也有以武汉理工大学为主研制的示范车。上海市有5台“超越”轿车投入示范，同济大学做整体负责单位。

  燃料电池发动机的研制，现在国内的科研主力有中科院大连化物所、上海神力公司，而大连化物所派生出来的新源动力公司，也可算做是三足鼎立其间的一家。新源动力公司主要为上海的“超越”轿车提供发动机，大连化物所则主要为北京城市客车提供发动机。

  按国家科技部的要求，参与燃料电池汽车“863”重大专项计划的科研攻关，每个重要的元部件都有两个以上的单位参加竞争。目前，我国主要为轿车提供燃料电池的，是新源动力公司和上海神力公司；主要为城市客车提供燃料电池的，则是大连化物所和上海神力公司。

  纵观中国燃料电池的产业化进程，可谓一路跌跌撞撞、步履蹒跚。直至今天，尽管我们的燃料电池汽车还只能是为了“观光”，而不能由寻常百姓真正驾驶着开上通衢长街，但我们依然无畏无惧，继续奋然前行。

  当然，即使走到“观光”这一步，中国燃料电池汽车技术已属不易；但它的下一步，它从“样品”和“展品”变成真正的规模产品，仍是清晰可见的一路坎坷。