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2019世界新能源汽车大会于7月1至3日在海南博鳌盛大召开，设置的九个分会场，深入探讨新能源汽车在技术创新、安全、充换电及基础设施建设等领域的发展趋势，以及自动驾驶与城市交通电动化转型等诸多领域的热门话题。其中，7月3日召开的氢能及燃料电池技术创新主题峰会重点聚焦从氢能供给、燃料电池到燃料电池汽车应用等全产业链的技术发展趋势，深入探讨了氢能与可再生能源融合技术及未来真正实现氢能与燃料电池汽车全产业链绿色、低碳、零排放的途径。
会议第一个报告请到了中国科学院大连化学物理研究所研究员、中国工程院院士衣宝廉院士。衣院士是燃料电池发动机专家，是我们国家在燃料电池这个领域的领军专家。长期以来一直从事化学能与电能的相互转化研究与工程开发。2001年创建了大连新源动力有限公司，推进燃料电池产业化。今天衣院士给我们带来的题目是《提高车用燃料电池可靠性和耐久性》，有请衣院士。
衣宝廉：各位嘉宾，各位同行，上午好，我今天报告的题目是《提高车用燃料电池的可靠性和耐久性》。分两部分，第一部分介绍中国燃料电池的现状，第二部分讲可靠性和耐久性。 燃料电池与锂电池一样，是按电化学原理发电的，工作按内燃机方式运行，能量储存在氢罐当中，比较安全，电池不会爆炸也不会着火，只要电池里面出问题时，把氢气切断就可以。跟燃油车相比，用燃料电池代替内燃机，油箱由氢瓶替代，好处就是排出的是水。适合重载和远程车。就体积而言，现在国际上达到了4缸内燃机水平，有的好的达到了6缸，每立升3千瓦，寿命最长达到25000小时。Pt用量还是比较大的问题，国际上达到0.2g/kW，希望达到0.1g/kW。国内比较高，在0.3-0.4g/kW。 我们2008年北京奥运会23辆，2009年16辆到加州，2010年有一辆大巴参加新加坡的世青会，2010年196辆，参加上海世博会示范运行。上汽为了考察电动车对环境的适应性又搞了一个创新征程，燃料电池车在西藏也能开，就是速度慢一点。中国成立了氢能联盟，刚刚发布了白皮书，里面包括了很多央企。2018年国家支出8亿多支持和燃料电池车有关的研究，最大的两笔一个是新源动力拿到的，做电堆的，一个是潍柴拿到的，做发动机的。 国内有4000辆左右燃料电池汽车在示范运行，这是我们国家发表的公告数。大部分功率在30kW-60kW之间。现在国内的成本大概是1：1，就是发动机的辅助系统和电堆大概是1：1，现在电堆也开始下降，我们过去装车的电堆体积比功率都是每立升2kW，现在已经提升到3kW，系统成本也大幅度下降，一台空压机就是4万块左右。国内40多个省市先后发布氢能计划，典型的还是上海市，上海大通FCV80已经开始公开销售，每辆30万。荣威950可以做到-30℃启动，也可以销售了。亿华通是电池系统做得最好的单位。宇通是大巴车做得比较好的单位，两家的大巴车在张家口进行示范运行，证明燃料电池在冬天运行非常合适，因为它的余热可以给车取暖。燃料电池在冬天运行是非常成功的，这是张家口示范运行证明的。国鸿可以做出30kW到100kW的电堆。云浮也装了燃料电池的有轨电车。 通过十几年的工作，不但有了产品也形成了队伍。这是大连化物所做的3kw/L的电堆，新源动力生产的额定功率75kW，峰值功率85kW，体积比功率达到每立升3.4千瓦。我们万部长前年在长春的科协年会上说，我们的燃料电池在寿命、可靠性、适用性基本达到车辆使用要求，中国初步掌握了相关核心技术，基本建立了具有自主知识产权燃料电池动力系统技术平台，未来要加强协同创新，加快氢燃料电池全面发展。 我们掌握了燃料电池的核心技术，进行了大量的示范运行，累积了经验，具备大规模示范运行的条件。 下面我讲第二方面问题。第一个是工况问题，电流波动、电压波动、温度湿度波动、压力波动造成电堆寿命的缩短，为了解决这一快速加载问题，我们由万钢部长等提出搞电电混合。第二个是限制高电压，特别是启动停车电压更高。高电压会导致碳氧化，进而铂会有流失，抑制高电压是延长燃料电池寿命的主要问题。启动停车形成氢空界面。我们学生做了实验，最有效的办法是放电，放电以后基本消除启动循环的影响，这是新源动力做结果，如果说不解决启动停车的高电压问题，那么每个循环大概每节电池要降低0.37毫伏，采用了我们自己制定的程序，几乎60次循环没有衰减。这是燃料电池衰减的很主要问题。控制电压低于0.85V，电池就基本上没有高电压导致的衰减。 还有一个，就是燃料电池的低温启停问题，这也是影响燃料电池大量推广应用的问题。有三个关键点。第一点，在燃料电池内有三种水，在冬天燃料电池停车要吹走自由水，再在零度以下储存电池，就不会破坏电极结构和膜的结构。第二点是做到-20℃以上可以靠一定的加载程序自启动，不需要外部能源。第三点，在-20℃到-40℃间，可以通过氢泵，把氢泵到氧电极侧，跟氧反应，也可以把氢混到进入电堆的空气中，氢与氧气反应。从-20℃到-40℃要实现启动，还是要有一定能耗的，光靠一定程序启动就启动不起来。在这个过程中配上丰田车载MEA水含量在线监控。 第三个方面，电堆阳极水管理，一定要把氢气循环起来，防止氢电极表面积水，燃料电池堆寿命可以提升上千小时。在发展中国家空气当中的硫化物比较多，特别是北方，冬天取暖的时候，氢气当中也可能有微量的硫化氢，一定要净化掉氢气中的硫化氢、空气当中的二氧化硫，硫化物对电池是一个累积性的毒化作用，中毒以后采用电位脉冲扫描办法恢复，但是这种恢复是恢复不到原先的水平，因为在脉冲电位扫描的时候碳也要氧化一部分，有一定催化剂要流失。我们购买的德国燃料电池车做示范运行，原本说能做3年，结果3个月就垮了，他们后来说电池衰减和北京大气中二氧化硫含量是一致的。二氧化氮、二氧化硫同时存在的时候，二氧化氮可以减轻二氧化硫毒化作用。可以用开路法和电压脉冲发活化。我们现在研发用电化学方法，把二氧化硫氧化成三氧化硫。 还有电池安全问题，氢安全问题、电安全问题过去一直在提。我们需要建立燃料电池堆在运行时的健康指标，防止燃料电池突然停车。实际燃料电池在这方面比锂电池简单得多，因为燃料电池堆要出事情都是氢氧互混，一般我们的操作都是氢气压力高于空气压力，所以只要在空气出口加一个氢气传感器就可以了，就能表明电堆健康状态。氢气浓度低于千分之五的时候我认为是正常的，如果高于千分之五，电堆就是要检修了，就要用黄灯显示。对电堆来说，这一个指标基本可以表征电堆的安全性，燃料电池在车上的安全状态有漏电、漏氢一系列事情，但是对于电堆的状况，完全可以用空气当中的氢含量表征。还有一个问题正在研究解决，就是突然撞车，现在都是一个堆，比如丰田，一个堆都是200多伏直流，如果两个母线碰到车的底板，特别是正极母线，乘客就有被电死的可能，怎么样在撞车的瞬间把燃料电池电压降到安全电压以内，笨的办法带一个氮气瓶，最好的方法还是放电，但是放电容易损害电堆，我们还在做实验研究，最后从标委会定一个方法，在我们国家燃料电池车上应用，尽管撞车的可能性很小，就算撞车正极母线掉到车地板的机率更小，但是我们也要搞。 最后建议是完善发动机产业链，建立关键材料的生产线和关键部件如空压机的生产线。提高电堆的工作电流密度，提高电堆的体积和重量比功率。深入研发电堆衰减机理，开发抗腐蚀、稳定的新材料，大幅度提升发动机可靠性和耐久性。
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