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毕业设计（论文）-我国氢燃料电池汽车研发现状及发展趋势预测
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- 百人会|张进华：关于中国氢燃料电池汽车发展的七个建议
百人会|张进华：关于中国氢燃料电池汽车发展的七个建议
【行业动态】
　　-21日，以把握全球变革趋势，实现高质量发展为主题的国电动汽车百人会2018年会在北京召开，21日上午举行的燃料电池产业路径与政策环境，针对全球燃料电池的技术进展与政策环境；国家..
　　-21日，以把握全球变革趋势，实现高质量发展为主题的国电动汽车百人会2018年会在召开，21日上午举行的燃料电池产业路径与政策环境，针对全球燃料电池的技术进展与政策环境；国家相关燃料电池的科技政策与产业政策；燃料电池率先实现产业化的领域、路径与进程；燃料电池领域的国际合作；重点项目及城市级示范应用。　　会上，中国汽车工程学会常务副理事长兼秘书长张进华，发表演讲，演讲内容如下：　　尊敬的徐部长、干院士，各位来宾，大家上午好！我是中国汽车工程学会张进华。学会和我本人在燃料电池方面是积极推动者。近些年做了这几件事，去年开始筹备发起成立国家氢能燃料电池协会。在科技部和工信部委托下，去年用一年时间组织开展支持氢能燃料电池汽车的系统政策研究，现在有初步结果。学会主持的政策研究，中国制造2025、新能源汽车领域也是重点突出氢燃料电池汽车的地位。新能源汽车技术路线图中明确提出，把燃料电池汽车作为单独的专项制定路线图，开展一些推动工作。　　今天就燃料电池，特别是中国燃料电池汽车发展提一些建议。　　氢能是多能源传输和融合交互的纽带，是未来清洁低碳能源系统的核心之一。氢能燃料电池技术正成为全球能源技术革命的重要方向和各国未来能源战略的重要组成部分。欧美、日都有明确的战略，持续时间很长，近期进一步强化。2015年开始，以、、为代表，它们向市场推出非常成熟的燃料电池产品。而且这些产品在主要性能，包括寿命、功率密度、价格等方面都与传统汽车具备较强的竞争力，特别是在政策扶持下。基本证明燃料电池进入商业化初期或窗口期。　　加氢站建设近期提速很快，目前全球在运营及在建的有300座，但规划规模很大。国外在氢能方面形成很多有影响力的联盟，加州伙伴计划，之后是企业和政府间的、企业之间的。去年开始国际氢能联盟有十几个汽车整车、能源巨头、基础设施巨头，形成氢能联盟，对推动全球在氢能交通领域的影响发挥了重要作用。它们一直邀请中国代表参与，我们也请示万部长推荐中国相关企业加入。　　我国燃料电池汽车发展历程都非常清楚。我国在电电混合动力技术路线具备一定特色，作为起步期推动燃料电池商业化突破，具有非常重要的意义。科技部和UNDP中国燃料电池联合示范项目进行到第三期，三期项目对推动燃料电池在中国的科技普及、公众认识，包括产业链技术推动将发挥重要作用。第三期有五个城市开放，现在有更多城市在申请加入。预计项目实施完成会有超过10个城市进入示范项目，进一步推动中国燃料电池技术普及。　　去年开始牵头筹建国际氢燃料电池协会，有40多家骨干企业参与，大家非常踊跃。我们希望借助平台在中国推动氢能燃料电池技术、产业化、标准法规和应用突破，带动全球氢能燃料电池发展。氢能燃料电池在中国经常有疑问，现在推动新能源汽车发展重点是插电式和纯电动，那么有必要做氢能燃料电池吗？我个人一直认为，氢能燃料电池由于它的特殊优势，续时里程、加氢速度、成本优势，决定它在重载、长距离、大型的车辆中一定会有重要应用。2020年后，特别是财税政策调整后，这种趋势会更加明显。去年科技部委托我们开展氢能燃料电池扶持政策研究，组织国内相关企业研究机构一起做。　　重点介绍提出的七点建议：　　第一，创新研发组织模式，突破关键核心技术。技术持续创新和突破是推动氢能燃料电池技术进入市场的核心驱动力，是培育和发展燃料电池汽车首要任务。全球来看技术基本成熟，但在中国技术只具备一定基础，特别是材料技术，包括系统综合性能差距都较大。技术是关键。　　第二，抓关键领域，补短板环节，培育壮大产业链。产业链缺失很大，除了关键零部件，辅件都严重缺失。我们认为产业链培育仍然是重要的任务。　　第三，大力推进示范应用，以点带面，有序推进示范应用。我们也不主张大家一窝蜂全上，在有资源优势和应用需求的区域开展系统的示范。验证技术商业模式。　　第四，科学规划布局，建立氢能供给系统。也需要因地制宜，根据资源特色和优势，制定氢能供给模式。　　第五，大力推进国际化，整合对接国际资源。我个人认为，氢能燃料电池特别在交通领域应用，中国一定起至关重要的作用，如果中国起来，那将推动全球。如果中国在氢能燃料电池在交通领域不能形成主流技术，全球有可能步伐延迟。中国推动燃料电池的应用，也需要国际资源的合作与支持。我们建立国际组织，也是基于此认识和目的。　　第六，完善标准法规体系，提升测试评价能力。标准法规现在仍然是非常重要的制约因素，从车辆到关键零部件本身法规标准不健全。特别是从制氢、储氢到加氢站，程序不明确。加氢站严重欠缺，现在加氢站都是各地在做，标准法规的突破至关重要。　　第七，加强公众宣传教育。加强宣传至关重要，现在官员中仍然认为氢与不安全划等号，进行科学普及至关重要，我们进行一系列工作。　　希望今后在相关领域，包括与干院长联盟加强协同合作，推动氢能燃料电池在中国的应用。　　谢谢！
免责声明：本文转载自互联网，来源：中国客车网，本站只做展示，并不代表本站赞同或附和文章观点，内容如有不当，请通过客服热线通知我们删除。
原创投稿：中国汽车网诚征高质量原创稿件，投稿邮箱：
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深度分析：中国氢燃料电池汽车发展落后国外5~10年
中国比较重视氢燃料电池汽车的发展，前几年我们的研究进展比较明显，最近几年有些停滞。张存满教授认为，中国氢燃料汽车技术落后国外发达国家5—10年，“差距保持在5年左右我们还有机会追赶，若超过10年，我们追赶起来就会非常吃力了”。
　　1、成本。国外已经把氢的成本控制在30&40万元人民币，与起步阶段相比，成本已经减少一半左右。未来还会有新的突破。　　2、续航里程。已经能够达到500&700公里，与电动汽车相比，不再有&续航焦虑&。　　3、加注时间。氢燃料加注时间能够控制在3&5分钟。续航里程和加注时间已经完全能够与传统燃油车相媲美，但是环保效益更明显。　　4、抗低温和高温性能出色。可以在-35℃~45℃的温度区间运行，抗低温和高温性能出色。这点与电动汽车相比优势更突出，温度过高或过低都影响电动汽车的运行。　　5、寿命能够达到10年，或20万公里。　　由上可知，国外氢汽车的续航里程已经实现了500&700公里，水平已经超过《中国制造2025》中实现500公里的目标要求。&国外的氢燃料电池汽车现阶段的发展水平是中国2025年要实现的发展目标。中国要在氢燃料电池汽车的研发方面加把劲了。&　　当前中国氢燃料电池汽车存在的瓶颈，以及未来的发展目标　　中国氢燃料电池汽车目前在下列几个方面还存在着亟需解决的难题：　　1、燃料电池堆技术：可靠性差，功能密度低，成本高；　　2、高压储氢系统：高压储氢瓶以及阀减压的制造；　　3、电池组件：质子膜、碳纸、催化剂以及双极板产业链的不完善；　　4、电池辅助系统部件：风、氢气循环泵的缺失；　　5、发动机系统集成与控制：稳定可靠性；　　6、组建系统：投入不足。　　燃料电池汽车是指利用氢气和空气中的氧在催化剂作用下，在燃料电池中电化学反应产生的电能作为主要动力源的汽车。　　正如张存满教授所言，目前我国在氢燃料电池汽车的发展方面与国外还存在着明显的差距。为了缩短这种差距，《中国制造2025》确定了氢燃料电池汽车技术的发展目标和方向。　　1、燃料电池催化剂、质子交换膜、碳纸、膜电极组件、双极板等关键材料批量生产能力建设和质量控制技术研究。开展高功率密度电堆用的低Pt催化剂、复合膜、扩散层（碳纸、碳布）、高性能及耐受性质子交换膜材料、高可靠性及低铂担量的膜电极（MEA）、高性能及高可靠性的金属双极板的开发和质量控制技术的研究，形成批量生产能力。　　2、燃料电池堆系统可靠性提升和工程化水平的研究。提高催化剂及其载体的抗氧化能力，质子膜的机械和化学稳定性；改进燃料电池材料制备工艺和质量控制，提高电堆设计水平；验证电堆运行寿命，解决车辆运行条件下的电堆均一性问题；结合车辆动态运行特征，对系统级运行与操作条件做匹配优化；实现系统级寿命验证与参数表征，提高产品级寿命；提高系统零部件的可靠性，开展系统可靠性分析与设计改进。　　3、汽车、备用电源、深海潜器等燃料电池通用化技术研究。开展燃料电池通用化技术研究，2020年，实现关键技术攻关，研发出新一代的金属双极板电堆，2025年，完成商业化产品全产业链的建设。　　4、燃料电池汽车整车可靠性提升和成本控制技术。开展燃料电池发动机系统集成与优化，实现燃料电池整车可靠性提高；推动燃料电池关键材料（膜、炭纸、催化剂、MEA、双极板等）及系统关键部件（空压机、膜增湿器、电磁阀、车载70MPa氢瓶等）国产化，开发超低铂，非铂催化剂，降低材料成本，促进燃料电池系统产品化和工程化，实现燃料电池系统设计模块化，并改进生产制造工艺。&
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*文字标题：
*纠错内容：
联系邮箱：
*验 证 码：&&&&&& 陈硕翼1，朱卫东1，张丽1，唐明生2，李建福3
　　(1.科技部高技术研究发展中心;2.中国科学院理化技术研究所;3.北京鉴衡认证中心有限公司)
　　氢能技术可以推动动力产业转型和新能源汽车、分布式供能等新兴产业发展，具有改变能源结构的潜力，实现能源供给端到消费端的全产业链转变，促进人类生产、生活方式的变革。本文对国内外氢能燃料电池技术发展现状与趋势进行了梳理，并提出了我国进一步发展重点与对策建议。
　　一、关于氢能燃料电池技术
　　氢作为化学能载体，正在成为与电一样重要的二次能源。氢能燃料电池技术是将纯氢，或含氢燃料中化学能转化为电能的技术，包括氢制取、储运、安全和燃料电池等技术。
　　1. 制氢技术
　　制氢处于氢能产业上游，其本质是通过能量输入从含氢原料中提取氢，主要有从碳氢燃料中和从水中提取两种途径，从水中提取为主要方式。通过可再生能源从水中提取氢，是未来氢能可持续发展的重要途径。
　　2. 储(运)氢技术
　　氢的可储性是氢能应用最显著特点之一，高效、安全便利的储(运)氢是氢能实用化关键环节。按储氢原理，可分为气态、液态和固态储氢。车载储氢已成为氢能应用的技术瓶颈。
　　3. 燃料电池技术
　　燃料电池将氢(含氢燃料)和空气中氧发生非燃烧电化学反应，实现高效发电并生成水，其比同用途热机的电效率可高出20%~30%，同时实现近零排放，并可通过单元堆叠实现规模放大，适于移动、分散发电。
　　4. 氢安全技术
　　氢的安全性与其它能源类似，氢安全主要研究氢制取、储运、应用和氢能基础设施的安全问题，涉及氢泄漏扩散、氢火灾爆炸、氢与材料相容性、氢风险评估、氢安全仪器设备和规范标准等。氢安全研究可以防止和减少氢事故，促进氢能健康发展。
　　二、国际发展现状与趋势
　　氢能技术已进入商业化前期阶段，但仍面临一系列技术经济瓶颈挑战。
　　1. 制氢技术
　　化石能源制氢技术比较成熟，可以满足规模用氢需求;制氢技术正向可再生能源制氢转变。
　　工业制氢技术主要有以煤、天然气、石油等为原料的催化重整制氢，氯碱、钢铁、焦化等工业副产物制氢，生物质气化或垃圾填埋气生物制氢，采用网电或未来直接利用可再生能源电力电解水制氢;处于实验室阶段但潜力大的有光催化分解水、高温热化学裂解水和微生物催化等先进制氢技术。
　　催化重整、工业副产物和生物质制氢是目前氢气的主要来源，但存在CO2排放问题，可再生能源电力电解水制氢则可获得零排放氢气。电解制氢可分为碱性电解制氢(AEC)、固体聚合物电解制氢(SPE)和固体氧化物电解制氢(SOEC)。
　　SOEC电解效率最高，SPE次之，AEC最低，美国Versa Power
System公司和美国可再生能源国家实验室(NREL)合作研制的可再生SOFC，实现了大电流高效率电解水(6A@1.65V@78%LHV);但AEC可大规模生产，SPE由于成本等问题处于小规格产品阶段，SOEC还在实验室阶段。
　　2. 储运氢技术
　　储氢分为高压气态、液态和固态储氢，高压气态储氢和液氢储氢技术已规模应用，固态储氢和有机氢化物液态储氢等技术仍处研发阶段。
　　高压气态储氢是现阶段经济、实用的储氢方案，70MPa高压气态储氢VI型瓶已商业化应用。
　　液态储氢包括液氢和有机氢化物液体储氢。液氢储氢体积储氢密度高，但耗能高、安全隐患大;有机氢化物和液氨储运氢储氢量高，可利用现有油气设施储运，但需在复杂反应装置中，通过外供热催化反应，实现加氢、脱氢，产品气中可能伴有气体和蒸汽杂质。
　　固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物等作为储氢载体，通过化学吸附方式储氢，其储氢密度高于高压氢和液氢，或最有可能满足车载储氢技术要求，但需解决重量储氢率低、放氢温度高和充氢速度慢等问题。值得关注的是新型高压/低温复合储氢技术。
　　3. 燃料电池技术
　　燃料电池技术已进入产业化阶段，成本在下降，寿命和可靠性等仍在提升。
　　根据电解质的不同，燃料电池可分为主要5种：质子交换膜燃料电池(PEMFC，含甲醇燃料电池)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。碱性膜燃料电池、生物燃料电池等新型燃料电池也已出现。PEMFC是目前发展主流，SOFC是未来主要发展方向之一。
　　德国燃料电池技术一直世界领先，尤里希研究中心Detlef
Stolten主要研究高温电解质燃料电池(160-180℃)和SOFC;巴登符腾堡太阳能和氢能源研究中心Werner
Tillmetz主要研究燃料电池电堆耐久性和气体扩散层水热管理;弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所Alexander
Michaelis和卡尔斯鲁厄理工学院Ivers-Tiffée主要研究SOFC;杜伊斯堡-埃森大学Angelika
Heinzel长期研究燃料电池金属双极板，弗朗霍夫太阳能系统研究所Christopher Hebling主要研究燃料电池系统。
　　4. 氢安全技术
　　已具备满足氢能发展的检测能力，初步建立标准体系，正在建立氢安全国际标准。氢能装备/设施的设计理念是本质安全，氢风险量化评估技术是主要发展方向。
　　三、我国发展现状与水平
　　“十二五”期间，在科技部的支持下，我国在风能、太阳能和生物质能等可再生能源制氢，固态储氢，高压储氢、输氢和加氢，先进燃料电池等氢能燃料电池关键技术方面进行了全面布局，取得了系列研究成果。目前我国氢能技术总体处于第二方阵，具有一定基础和特色，但与美、日、德国还有差距。
　　制氢技术。规模已经居世界首位。煤气化制氢和碱性电解水制氢具有特色和优势，光催化和生物质制氢处于国际先进水平，天然气重整制氢和可再生能源制氢等与国外差距较大。
　　储氢技术。占有国际重要一席。固定式高压储氢技术和固态储氢材料等处于国际先进水平，车载高压储氢及氢输运等技术落后于国外。
　　燃料电池技术。具备较好技术储备，处于应用示范阶段，正逐步进入市场，产业链尚未完整，总体落后于国际领先水平。
　　氢安全技术。具备一定技术基础，氢与材料相容性等具有特色，总体落后于美国、日本、欧盟。
　　总体来说，我国氢能基础研究与国际水平相近，甚至有超越趋势，但技术、产业化开发和市场培育与先进国家的差距有拉大趋势。
　　基础研究。初步形成涵盖制氢、储运氢、燃料电池、氢安全的研发体系，本领域SCI论文数量从2012年开始已超过美国，成为全球第一。
　　标准。与国际基本接轨，氢能、燃料电池和电动车辆3家标委会已分别发布标准19项、30项、11项。
　　知识产权。国际专利排名还很靠后，主要是我国企业特别是大型骨干企业氢能技术参与度较低。
　　技术水平。与先进水平有相当差距。SPE、小型天然气重整等制氢技术仍是空白;储运氢方面，70MPa高压车载储氢瓶停留在样机阶段;燃料电池技术处于几十千瓦级别，国外已达兆瓦级别;氢安全技术仅开始基础研究，国外已经建立氢气泄露和爆炸的研究设施。
　　产业化。发展相对滞后，还停留在实验室阶段，商业化燃料电池整机产品非常少，车载高压氢瓶产业化落后先进国家8～10年。国外大规模可再生能源制氢已进入商业化示范阶段，燃料电池电动车已经上市销售，家用燃料电池及分布式燃料电池电站均投入商业化应用。
　　四、我国进一步发展重点及对策建议
　　为适应未来能源变革，顺应能源革命的趋势和潮流，我国氢能燃料电池技术应向“技术处于国际先进水平，产业规模跃居世界第一”的目标大力发展。
　　制氢技术。重点发展可再生能源制氢技术，主要是电解水制氢技术，同时兼顾碳氢燃料电池重整制氢技术，积极探索光/热化学水解制氢技术。
　　储运氢技术。重点研究高压储(运)氢和固态储(运)氢技术，兼顾液态有机储(运)氢技术。
　　燃料电池技术。重点发展PEMFC和SOFC技术，兼顾先进燃料电池技术创新。
　　氢安全技术。全面研究高压氢泄漏火灾爆炸行为及防控和氢能设施运行安全技术。
　　为实现以上目标，提出以下对策建议：
　　1. 积极推动将氢能纳入国家能源体系
　　研究制订国家氢能发展战略及实施路线图，促进技术、产业和商业模式同步创新，逐步将氢能纳入国家能源体系。
　　2. 研究实施氢能科技重点专项
　　突破产业链成套关键技术和装备，形成技术标准体系，开展可再生能源大规模制氢、储氢和输配示范。开展燃料电池汽车商业化示范，推进燃料电池备用电源商业化应用，推动分布式供能和深海潜器用燃料电池集成技术示范。加强国际交流合作，建设氢能领域国家级科技创新平台，形成氢能创新链。
　　3. 积极推进产学研协同创新
　　通过优势互补、协同发展和多元化投资，组建国家级检验检测中心，建设氢能利用区域示范中心和产业示范园区，搭建产业创新支撑平台。发挥优势企业在汽车产业开发中的推动作用，调动能源、交通、电信等行业龙头企业优势资源，构建以企业为主体、产学研用相结合的氢能利用产业联盟，形成具有国际竞争力的氢能产业创新链与价值链，探索新商业模式，推动商业化试点示范。
　　4. 营造有利于氢能产业发展的良好环境
　　研究制订氢能产业规划和引导产业健康发展的激励政策;加强安全检测能力建设，建立完善产业标准法规体系;推动商业模式创新，鼓励社会投资，加快加氢基础设施建设;稳步开放天然气管网和电网，接纳可再生能源制氢和燃料电池发电;研究制订氢能利用财政政策，营造有利于氢能产业发展的良好环境。
　　本报告为科技创新战略研究专项项目“重点科技领域发展热点跟踪研究”(编号：ZLY2015072)研究成果之一。武汉理工大学潘牧教授参与了本研究。
　　本文特约编辑：姜念云