【2019泰达论坛】中国工程院衣宝廉:提高车用燃料电池可靠性与耐久性

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8月100日~9月1日,“2019中国汽车产业发展(泰达)国际论坛”在天津滨海新区举行。本次论坛以“全面深化改革开放,发展壮大新动能”为主题,围绕未来政策动向、汽车新四化、深化改革和加强国内外品牌合作、自动驾驶和人工智能等前沿趋势、燃料电池重点难点问题图片等展开交流探讨。以下为中国工程院院士衣宝廉现场演讲实录:

中国工程院院士 衣宝廉

演讲内容:

尊敬的杨院士、李院士、高书记以及各位嘉宾,下午好!

我讲的题目是提高车用燃料电池的可靠性和耐久性。我分两次责进行演讲,第一次责简单介绍一下国内外燃料电池车的现状,下一次责是为社 提高燃料电池的可靠性和耐久性。

原料电池的原理是电化学,或者效力比较高,燃料电池的工作妙招是内燃机的,跟锂电池比它的能量完全都是储占据 电池里,可是我 有尽管燃料电池的膜完全都是破的已经 ,或者破了电压下降,当.我把氯化氢气体关掉,不不产生燃烧和爆炸,可是我 有燃料电池是比较安全的,能量和转化系统是分开的。

把燃料电池装入车上,现在一般完全都是混合动力的、电电混合的、直驱的妙招,完全都是充电式。跟燃油车相比,用氢瓶代替了油箱,有燃料电池发动机代替了内燃机,得到的好处假如排放没法了,假如排放水,代价现在假如运行费用高、发动机成本高,另四个 贵。

燃料电池车的性能现在从续驶里程、加氢的时间,从驾驶人员的感受以及舒适性、适应性都达到了燃油车的水平,或者原因着不占据 两高,燃料电池完全可不才能代替燃油车,或者它另四个 最大的拦路虎,另四个 是发动机的成本比较高,一台燃料电池车的售价是燃油车的一倍,比如说大巴车,柴油车卖一百多万,燃料电池车卖到二百多万,小轿车也是这人 状态。再有运行费用比较贵,运行费用现在用市电电解水,做氢。  燃油车一一百公里最少消耗七八升油,也假如40多块钱,一公斤氢七八十,运行费用比较高,费用最低的锂电池车,跑一一百公里平均15度电左右,一度电一块钱,才15块钱,可是我 有燃料电池车要想大规模应用,时要把两高消灭掉。一公斤氢卖40块钱左右,我要燃料电池车是可不才能普及的,这人 时间我预计时要三年到五年左右。

现在燃料电池发动机从体积来看,原因着可不才能跟内燃机相比,去年在海口开会,本田说原因着达到了内燃机的水平,乘用车都超过了1000小时,大巴车达到了1000多小时,时间寿命还是可不才能的,但完全都是每一百公里都能达到这人 水平。从造价来看还是比较贵的,这里另四个 不仅仅是价钱,还有资源的限制,假如铂的用量问题图片,现在一千瓦国际上用铂是0.2克,国内降到了0.3克左右,要想成百万辆的生产时要降到0.1克以下,现在实验室原因着达到了这人 要求,可是我 有铂用量也另四个 核心因素了,假如当.我看得有点硬,或者原因着功率的提高和催化剂活性的提高,铂的问题图片现在看来有希望了。

国内从1001年成立电动汽车国家专项以来到现在就做这方面的研究,到现在有20年的时间了。当.我从1005年已经 ,整车已经 现在开始跑了,1007年参加了上海大赛,1008年奥运会有23辆燃料车参与运行,1007年有16辆轿车到美国加州进行了实验,2010年有一百公里大巴到新加坡参加了世青赛,196辆燃料电池车参加了上海世博会的示范运行,可是我 有国际上看中国示范的燃料电池车还是比较多的,积累了富于经验。或者在世博会已经 的示范着眼点完全都是经济,完全都是做一台车花十几个 钱,运行一一百公里花十几个 钱,假如着眼燃料电池车可不才能适用,着眼的是技术问题图片。那个已经 的示范叫技术性的示范,现在也叫示范,产业化的初始阶段,或者这人 示范是经济性的示范,我考察经济上可不可行。

在奥运会示范已经 上汽搞了另四个 创新征程,分南线和北线,它的目的假如考察一种电动车,锂电池车、燃料电池车和混合动力车对中国环境的适应性。所有的车完全都是西藏进行了预热,当时我最担心的燃料电池车在西藏可不才能跑起来,实验结果还是能跑,速率单位上不去,原因着西藏的氧浓度可不才能才能 10%,可是我 一种车在我国的地理环境下不管是沿海还是内地,都能行。可是我 有这人 示范还是行成功的。

假如大行动的是2018年2月11日成立了中国的氢产业联盟。当.我国家的大国企,像能源集团、“三桶油”完全都是能源联盟里,可是我 有它是发展氢能和燃料电池的中流砥柱,国企还是有富于的资金实力,可是我 有联盟的成立现在又发表了白皮书。

2018年“十三五”支持燃料电池的经费原因着达到了8个多亿,还有最后一批没放下来,拿得最多的另四个 是北方团队,假如大连化物所,搞燃料电池基础研究,4900万,还有上汽的第一大股东,拿了一亿两千五百多万,还有1.8个亿。

这人 公告原因着过时了,现在又多了好多。

现在装车的电堆大次责还是卡补贴的,以100千瓦起步,上限是100千瓦。国际上装车的完全都是100千瓦左右,当.我的功率相比来讲还是低的,有点硬是做乘用车,乘用车燃料电池的功率假如五六十千瓦,就得依靠锂离子电池,可是我 有锂离子电池的不安全性带到了燃料电池车上。可是我 有乘用车用的燃料电池应该在100千瓦数量级。到现在,要按车数算,最少有1000多辆车投放了市场,或者我得到的消息是有100多辆车在运行。

成本占比燃料电池堆这底下写的是最少100%,现在实际装车燃料电池的成本原因着达到了100%到70%,原因着空气循环泵和氢瓶都大幅度下降了,假如在国内装车是1:1,现在电堆的成本原因着上升到70%左右。

国内到现在有2四个 省市相继发布了氢能和燃料电池的发展计划,可是我 有国内很热。我认为基础最好的还是以上海为中心的长三角地区,当.我有三大平台,示范的车辆也近千辆,可是我 有发展基础是最富于的,其次是珠三角,广东省为核心的,还有假如北方以清华、亿华通支撑起来的,和宇通公司,以冬奥会为突破口,可是我 有燃料电池另四个 示范比较好的地方,长三角、珠三角和张家口地区。

现在的车国内公开出售的商用车是V100,V100是上汽大通做的,发动电堆是大连新源的,辽宁省想买100辆,实际到货是40辆,在新宾县运行。

乘用车方面,也是上汽装的荣威9100,在黑龙江跑了,可不才能在零下20度储存和使用,用的是复合板的电堆,性能还不错,可不才能公开买到。

亿华通收购了神力,才能组装一种类型的电,100千瓦的电堆和100千瓦的电堆,它这人 电堆是石墨粉和树脂冲压出来的,可是我 有这人 双基板电导低一点,或者很实用,跟新源的复合板可不才能相比,实际丰田也是复合板。亿华通在电池系统方面是第一把交椅。

宇通做得比较多,原因着是第四代了,当事人建了加氢站,亿华通和宇通的客车在张家口,大客车一共是74辆,利用亿华通的技术福田装了49辆,宇通提供了25辆,这74辆车在张家口跑的非常好。得出的结论,燃料电池车非常适合于寒冷地区的运行,原因着锂离子电池车在冬天负100度的已经 油量比较大,原因着开空调续驶里程大幅度下降,燃料电池工作温度是靠当事人的余热,可是我 有冬天跟夏天没哪此影响,夏天排热挺困难,冬天可不才能用燃料电池的余热,原因着它是100度给大客车取暖,空调还不耗电,可是我 有说得出来另四个 结论,在张家口示范运行。燃料电池车有点硬适合于寒冷环境下的示范运行,不但里程不缩短,能量利用速率单位原因着空调不不开,还提高了。

我底下讲的一种不管是上汽跟新源,还是亿华通和神力这完全都是国产技术。下边假如国鸿,膨胀石墨双基板,把膨胀石墨冲压成型,往底下灌树脂,这人 电堆体积比在1.5-1.8,很低,或者很靠谱。可是我 有国鸿生产的电堆在国内示范车当中的占有率达到了70%-100%,国内跑的好几千辆车有70%-100%的电堆出自国鸿,生产线是新源的另四个 部长搞起来的。

或者国鸿引进除了100千瓦、100千瓦,还有100千瓦、85千瓦,85千瓦装大巴车就更好了。同時 当.我在云浮利用这人 电堆装了城市的轻轨下线示范运行了,可是我 有说国内两条路这两条路走的完全都是错。

可是我 有当.我现在看来,国内电堆原因着超过了1000小时,达到了一万多两万小时,跑车也跑出来了,但完全都是每一百公里,不光国鸿的电堆还是新源的国鸿,还是神力的国鸿都跑过了1000小时和1000小时。当.我也成长起来一点企业,或者当.我的问题图片假如产业链还不全,大次责的关键产业链还是依赖进口。现在装车的电堆完全都是在每立升两千瓦左右,正在发展的以新源动力以及国内一点一点公司都做到了每立升三千瓦,或者哪此电堆装车是装了,或者还没法跑过1000、1000,要把这人 数据跑出来才能说达到了国外的水平,在这人 过程当中还有很长的路要走。

这是新源动力装的金属板电堆,这人 电堆它是75千瓦,正常输出功率,峰值功率是85,原因着达到了每立升3.4千瓦,正在装车跑。可是我 有万部长在长春的科学年会上讲了,国内燃料电池在寿命、可靠性、使用性上基本达到了车辆使用要求,中国初步掌握了相关的核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台,未来要加强协同创新,加快推进氢能燃料电池产业的全面发展。我总结了几点。

第一,当.我积累了少量的示范经验,具备了进行大规模示范,考核经济性的基础。

第二,当.让你 尽快实现关键材料、电催化剂、质子交换膜、双极板等批量生产,为强电堆成本和提高电堆一致性奠定基础。

第三,提高电堆的比功率,降低电堆成本和铂用量。燃料电池车发展了二三十年,成本降下来主假如提升比功率,一已经 现在开始国内国外每平方厘米是100毫安,已经 升到了100-100毫安,第三阶段是100到另四个 安培,现在是1-1.5安培,将来的发展方向是2-3安培,原因着能做到2.5-3安培每平方厘米,燃料电池的成本就能达到每千瓦一千块钱,铂用量就小于0.1克,别的完全都是用改,可是我 有说提高电堆的比功率是降低电堆成本的最有效的妙招。

第四,当.我要进一步提高电堆的可靠性和耐久性,为哪此要假如做呢?原因着现在燃料电池堆里用的材料把氯化氢气体和氧气送进去要稳定的开,在车用工况下减慢垮了。当.我要把给燃料电池堆制造另四个 非常温馨的,适合它生存的环境,来确保燃料电池的寿命。

下边让他讲这次责。第一假如工况,车开起来一会儿加速、一会儿缓速时运动,一会儿停车,原因着燃料电池堆电流电压大幅度波动,湿度、压力完全都是波动的,可是我 有哪此波动就原因着催化剂腐蚀,化学损伤,头三辆大巴车完全都是到另四个 月完全都死掉了。

没法正确处理的妙招,第一件事情假如电电混合,司机把油门踩下去,这人 电最少毫秒级到微秒级就变化了,假如燃料电池把电发出来,空气氧气要送进去,这人 时间是秒级的,可是我 有燃料电池就跟不上,它就欠气,要反击和腐蚀。一已经 现在开始做纯燃料电池车,国外为社 做呢?要延迟几秒,实验室要做出来,司机踩油门先把气量增加,包括已经 现在开始买的外国的纯的燃料电池车完全都是预供气,也假如说踩下去完全都是延迟,根据速率单位不一样,延迟时间不一样。

采用了电电混合已经 ,驾驶性能达到了燃油车的要求,踩下已经 锂离子电池先给驱动电机供电,燃料电池增加氯化氢气体,同時 增加功率输出,燃料电池功率输出增加锂离子电池往下降,最后完全都是燃料电池,锂离子少的已经 给锂离子充电,可是我 有说这人 电电混合是时要的,被全世界采用。这人 假如当.我国家以万钢为代表的搞车的同志提出来的,完全都是可有可无的事,纯燃料电池车假如要回到预供气那个阶段,它的操作妙招跟燃油车不一样。司机的感受不一样,马上是加速不了的,这假如说燃料电池它的功率增加是有一定的限制,得把气供上,可是我 有电电混合已经 就正确处理了这人 问题图片。

二是电池使燃料电池运用更平稳、寿命更长。像丰田为了安全不不锂电池,完全都是用超电容的,这假如正确处理了快速加载的问题图片。

第四个 是开路、怠速、低载时会产生低电压。在0.85以上,碳粉的氧化速率单位也加快,这时会产生铂的流失,铂的流失已经 用铂没法少,可是我 有寿命就会缩短,要控制燃料电池的电压在0.85伏以下,就要限制哪此高电位,有点硬是启动停车。启动停车会造成铂少量的流失。启动停车最有效的妙招是采用放电,把高电位消除。高电位不消除,启动停车一次每衰减0.35伏。消除已经 基本上就平稳了,像丰田的电堆,另四个 电堆370节,这是变成一节的。

再另四个 ,低温,水结冰体积会增加,可是我 有一定要正确处理低温储存和启动问题图片。没法低温储存一定要电池底下一种水,另四个 跟磺酸结合的束缚水,另四个 是自由活动的自由水,还有是介于之间的。结合里越强结冰温度越低,可是我 有在低温下燃料电池要把自由水完全吹光,假如一句话结冰已经 才不不破坏膜和电机的形状,可是我 有说启动的已经 可不才能用二次电池等就可不才能启动起来了。

丰田为了更好的正确处理这人 问题图片,它可不才能现场测量水含量。现在国内清华大学和心物所都能做到这人 点了。最后另四个 假如阳极水管理,燃料电池的水是在氧电极生成的。可是我 有可不才能 叫氢电极表面 有机水,要搞阳极的氢循环,氢循环搞起来阳极就没法水了,一件事情可不才能延长燃料电池的寿命100小时以上。

在中国还另四个 特点假如氯化氢和二氧化硫,二氧化硫对燃料电池是另四个 累计性的毒物,二氧化硫多了已经 性能比较下降,当.我买德国的三辆大巴,在北京开两另四个 月不行了,已经 说是原因着北京市的二氧化硫的影响。可是我 有二氧化硫可不才能用高电位妙招扫描清除,或者性能不不恢复到原有的。当.我所搞了电化学氧化,靠吸附器来吸附二氧化硫,当.我用电化学的妙招把二氧化硫氧化为三氧化硫,氧化假如要做另四个 电化学反应器,电量消耗很少,空气当中的二氧化硫是PPM极。作为燃料电池除了正确处理哪此问题图片,当.我时要借助锂电池车的经验结果电安全问题图片,时要正确处理氢安全问题图片。要建立燃料电池健康状态的指示。这人 车是黄灯还是红灯,红灯得停了,红灯是检修了,绿灯是正常的,另外在突发事故的已经 ,为社 把燃料电池的电堆电压从100多伏为社 降到安全电压100伏以下,哪此工作当.我完全都是做,完全都是了一点结果。

可是我 有我建议尽快完善燃料电池发动机的产业链,提高电堆的工作电流密度,提高燃料电池的体积和重量比功率,为乘用车奠定基础。另外深入研发电堆衰减机理,开发抗腐蚀、大幅度提高发动机的可靠性与耐久性,希望当.我在2023-2025年把燃料电池车的成本降到跟锂离子电池车比较近的水平。

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