世界新能源汽車大會（WNEVC）于2019年7月1-3日在海南博鰲隆重召開。大會著眼于全球汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善，通過聚集全球?qū)＜抑腔酆彤a(chǎn)業(yè)精英，共同交流探討新能源汽車在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、政策創(chuàng)新、市場模式創(chuàng)新等領(lǐng)域的成功經(jīng)驗與發(fā)展趨勢，凝聚產(chǎn)業(yè)共識，明晰汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向，探索電動化、智能化、共享化協(xié)同發(fā)展的有效路徑。在“氫能及燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”的主題峰會上，中國科學院大連化學物理研究所研究員、中國工程院院士衣寶廉院士發(fā)表了演講，內(nèi)容如下。
衣寶廉院士發(fā)表演講
衣寶廉：
各位嘉賓，各位同行，上午好，我今天報告的題目是《提高車用燃料電池的可靠性和耐久性》。分兩部分，第一部分介紹中國燃料電池的現(xiàn)狀，第二部分講可靠性和耐久性。
燃料電池與鋰電池一樣，是按電化學原理發(fā)電的，工作按內(nèi)燃機方式運行，能量儲存在氫罐當中，比較安全，電池不會爆炸也不會著火，只要電池里面出問題時，把氫氣切斷就可以。跟燃油車相比，用燃料電池代替內(nèi)燃機，油箱由氫瓶替代，好處就是排出的是水。適合重載和遠程車。就體積而言，現(xiàn)在國際上達到了4缸內(nèi)燃機水平，有的好的達到了6缸，每立升3千瓦，壽命最長達到25000小時。Pt用量還是比較大的問題，國際上達到0.2g/kW，希望達到0.1g/kW。國內(nèi)比較高，在0.3-0.4g/kW。
我們2008年北京奧運會23輛，2009年16輛到加州，2010年有一輛大巴參加新加坡的世青會，2010年196輛，參加上海世博會示范運行。上汽為了考察電動車對環(huán)境的適應性又搞了一個創(chuàng)新征程，燃料電池車在西藏也能開，就是速度慢一點。中國成立了氫能聯(lián)盟，剛剛發(fā)布了白皮書，里面包括了很多央企。2018年國家支出8億多支持和燃料電池車有關(guān)的研究，最大的兩筆一個是新源動力拿到的，做電堆的，一個是濰柴拿到的，做發(fā)動機的。
國內(nèi)有4000輛左右燃料電池汽車在示范運行，這是我們國家發(fā)表的公告數(shù)。大部分功率在30kW-60kW之間?，F(xiàn)在國內(nèi)的成本大概是1：1，就是發(fā)動機的輔助系統(tǒng)和電堆大概是1：1，現(xiàn)在電堆也開始下降，我們過去裝車的電堆體積比溶率都是每立升2kW，現(xiàn)在已經(jīng)提升到3kW，系統(tǒng)成本也大幅度下降，一臺空壓機就是4萬塊左右。國內(nèi)40多個省市先后發(fā)布氫能計劃，典型的還是上海市，上海大通FCV80已經(jīng)開始公開銷售，每輛30萬。榮威950可以做到-30℃啟動，也可以銷售了。億華通是電池系統(tǒng)做得最好的單位。宇通是大巴車做得比較好的單位，兩家的大巴車在張家口進行示范運行，證明燃料電池在冬天運行非常合適，因為它的余熱可以給車取暖。燃料電池在冬天運行是非常成功的，這是張家口示范運行證明的。國鴻可以做出30kW到100kW的電堆。云浮也裝了燃料電池的有軌電車。
通過十幾年的工作，不但有了產(chǎn)品也形成了隊伍。這是大連化物所做的3kw/L的電堆，新源動力生產(chǎn)的額定功能75kW，峰值功率85kW，體積比功率達到每立升3.4千瓦。我們?nèi)f部長前年在長春的科協(xié)年會上說，我們的燃料電池在壽命、可靠性、適用性基本達到車輛使用要求，中國初步掌握了相關(guān)核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)燃料電池動力系統(tǒng)技術(shù)平臺，未來要加強協(xié)同創(chuàng)新，加快氫燃料電池全面發(fā)展。
我們掌握了燃料電池的核心技術(shù)，進行了大量的示范運行，累積了經(jīng)驗，具備大規(guī)模示范運行的條件。
下面我講第二方面問題。
第一個是工況問題，電流波動、電壓波動、溫度濕度波動、壓力波動造成電堆壽命的縮短，為了解決這一快速加載問題，我們由萬鋼部長等提出搞電電混合。
第二個是限制高電壓，特別是啟動停車電壓更高。高電壓會導致碳氧化，進而鉑會有流失，抑制高電壓是延長燃料電池壽命的主要問題。啟動停車形成氫空界面。我們學生做了實驗，最有效的辦法是放電，放電以后基本消除啟動循環(huán)的影響，這是新源動力做結(jié)果，如果說不解決啟動停車的高電壓問題，那么每個循環(huán)大概每節(jié)電池要降低0.37毫伏，采用了我們自己制定的程序，幾乎60次循環(huán)沒有衰減。這是燃料電池衰減的很主要問題。控制電壓低于0.85V，電池就基本上沒有高電壓導致的衰減。
還有一個，就是燃料電池的低溫啟停問題，這也是影響燃料電池大量推廣應用的問題。有三個關(guān)鍵點，在燃料電池內(nèi)有三種水，在冬天燃料電池停車要吹走自由水，再在零度以下儲存電池，就不會破壞電極結(jié)構(gòu)和膜的結(jié)構(gòu)。第二點是做到-20℃以上可以靠一定的加載程序自啟動，不需要外部能源。第三點，在-20℃到-40℃間，可以通過氫泵，把氫泵到氧電極側(cè)，跟氧反應，也可以把氫混到進入電堆的空氣中，氫與氧氣反應，從-20℃到-40℃要實現(xiàn)啟動，還是要有一定能耗的，光靠一定程序啟動就啟動不起來。在這個過程中配上豐田車載MEA水含量在線監(jiān)控。第三個方面，電堆陽極水管理，一定要把氫氣循環(huán)起來，防止氫電極表面積水，燃料電池堆壽命可以提升上千小時。在發(fā)展中國家空氣當中的硫化物比較多，特別是北方，冬天取暖的時候，氫氣當中也可能有微量的硫化氫，一定要凈化掉氫氣中的硫化氫、空氣當中的二氧化硫，硫化物對電池是一個累積性的毒化作用，中毒以后采用電位脈沖掃描辦法恢復，但是這種恢復是恢復不到原先的水平，因為在脈沖電位掃描的時候碳也要氧化一部分，有一定催化劑要流失。我們購買的德國燃料電池車做示范運行，原本說能做3年，結(jié)果3個月就垮了，他們后來說電池衰減和北京大氣中二氧化硫含量是一致的。二氧化氮、二氧化硫同時存在的時候，二氧化氮可以減輕二氧化硫毒化作用?？梢杂瞄_路法和電壓脈沖發(fā)活化。我們現(xiàn)在研發(fā)用電化學方法，把二氧化硫氧化成三氧化硫。
還有電池安全問題，氫安全問題、電安全問題過去一直在提。我們需要建立燃料電池堆在運行時的健康指標，防止燃料電池突然停車。實際燃料電池在這方面比鋰電池簡單得多，因為燃料電池堆要出事情都是氫氧互混，一般我們的操作都是氫氣壓力高于空氣壓力，所以只要在空氣出口加一個氫氣傳感器就可以了，就能表明電堆健康狀態(tài)。氫氣濃度低于千分之五的時候我認為是正常的，如果高于千分之五，電堆就是要檢修了，就要用黃燈顯示。對電堆來說，這一個指標基本可以表征電堆的安全性，燃料電池在車上的安全狀態(tài)有漏電、漏氫一系列事情，但是對于電堆的狀況，完全可以用空氣當中的氫含量表征。
還有一個問題正在研究解決，就是突然撞車，現(xiàn)在都是一個堆，比如豐田，一個堆都是200多伏直流，如果兩個母線碰到車的底板，特別是正極母線，乘客就有被電死的可能，怎么樣在撞車的瞬間把燃料電池電壓降到安全電壓以內(nèi)，笨的辦法帶一個氮氣瓶，最好的方法還是放電，但是放電容易損害電堆，我們還在做實驗研究，最后從標委會定一個方法，在我們國家燃料電池車上應用，盡管撞車的可能性很小，就算撞車正極母線掉到車地板的機率更小，但是我們也要搞。
最后建議是完善發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈，建立關(guān)鍵材料的生產(chǎn)線和關(guān)鍵部件的空壓機。提高電堆的工作電流密度，提高電堆的體積和重量比功率。深入研發(fā)電堆衰減機理，開發(fā)抗腐蝕、穩(wěn)定的新材料，大幅度提升發(fā)動機可靠性和耐久性。
謝謝大家。
