一、燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀

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　　早在 20 世紀 50 年代，我國就開展燃料電池方面的研究，在燃料電池關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新方面取得了許多的突破。政府十分注重燃料電池的研究開發(fā)，陸續(xù)開發(fā)出 30kW 級氫氧燃料電極、燃料電池電動汽車等。燃料電池技術(shù)特別是質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，相繼開發(fā)出 60kW、75kW 等多種規(guī)格的質(zhì)子交換膜燃料電池組；開發(fā)出電動轎車用凈輸出40kW、城市客車用凈輸出 100kW 燃料電池發(fā)動機，使中國的燃料電池技術(shù)跨入世界先進國家行列。

　　我國政府非常重視燃料電池技術(shù)的發(fā)展。在90 年代后，加大了對燃料電池的政策扶持力度。國家科委批準將“燃料電池技術(shù)”列為國家“九五”、“十五”計劃中重大科技攻關(guān)項目之一。2010 年我國自主研發(fā)的氯堿用全氟離子膜、燃料電池膜實現(xiàn)國產(chǎn)化。歷經(jīng) 8 年科研攻關(guān)，打破了美國、日本長期對該項技術(shù)的壟斷。與此同時，企業(yè)完成的用于制造燃料電池核心材料磺酸樹脂離子膜的年產(chǎn) 500 噸的生產(chǎn)裝置已經(jīng)建成投產(chǎn)，解決了氫燃料電池生產(chǎn)的重大瓶頸，我國由此成為世界上第二個擁有該項技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化能力的國家。在國家政策和行業(yè)技術(shù)發(fā)展的共同推動下，上汽集團、長安汽車和東風汽車等主要汽車公司紛紛與燃料電池制造商合作推出自己品牌的燃料

　　電池轎車和燃料電池客車，有力地推動了我國燃料電池汽車的進步，技術(shù)水平與國際汽車巨頭也相差不遠。

　　我國的專利數(shù)量排名第五。從技術(shù)細節(jié)方面來看，中國則更為關(guān)注電極和催化劑；從技術(shù)分類來看，中國關(guān)注質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)。國內(nèi)燃料電池核心技術(shù)與部件研發(fā)方面，上海、北京、遼寧均非常重視電極的研發(fā)，申請的專利數(shù)量不相上下；上海在燃料電池系統(tǒng)、膜電極組件、電堆和雙極板研發(fā)上在國內(nèi)具有優(yōu)勢；北京在催化劑上領(lǐng)先；而遼寧在雙極板研發(fā)上具有優(yōu)勢。但是，我國的專利申請主要集中在研究院所和高校，企業(yè)專利申請數(shù)量較少。

　　二、燃料電池能效與經(jīng)濟性分析

　　中經(jīng)先略數(shù)據(jù)中心發(fā)布的《2017-2022年中國氫燃料電池市場運營態(tài)勢及行業(yè)發(fā)展趨勢研究報告》顯示，近年來，燃料電池汽車的迅猛發(fā)展和商業(yè)化的推進席卷了整個世界，其高效節(jié)能以及零排放或接近零排放的良好環(huán)境性能，使之迅速成為當今世界能源和交通領(lǐng)域開發(fā)的熱點。隨著國際各大汽車生產(chǎn)商和石油巨頭的積極參與，從資金到技術(shù)的大力投入，燃料電池汽車已經(jīng)走出實驗室，開始商業(yè)化旅程。很多專家更是樂觀地認為，燃料電池汽車將引發(fā)汽車工業(yè)的革命，最終取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機車成為主流。

　　基于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的燃料電池汽車需要氫氣作為燃料。目前國際上燃料電池技術(shù)已發(fā)展到較高水平，要實現(xiàn)燃料電池汽車的商業(yè)化，主要問題就是解決氫源問題和降低成本，而氫源技術(shù)已成為燃料電池商業(yè)化的技術(shù)瓶頸。

　　車用燃料電池的燃料來源主要有兩種，一是直接用氫，二是車載制氫技術(shù)。而這兩種方法又存在諸多不同的技術(shù)路線，因此什么樣的氫源最適合用于燃料電池汽車的問題一直都是爭論的焦點。目前，我國在燃料電池技術(shù)總體水平上與國際先進水平還有很大差距，要想迎頭趕上，必須找到適合本國國情的最佳切入點，即從環(huán)境、能效和經(jīng)濟性角度考察，提出綜合性能最優(yōu)的技術(shù)路線，以便為我國的燃料電池汽車的燃料選擇提供依據(jù)。

　　在我國研發(fā)燃料電池汽車時，應(yīng)充分考慮多煤、少氣、貧油的能源結(jié)構(gòu)以及資源分布不均的國情，不同的地域采取適合本地特色的能源戰(zhàn)略，最大限度地發(fā)揮自身的優(yōu)勢。

　　由于在新技術(shù)發(fā)展的初期存在太多的不確定因素，包括技術(shù)和經(jīng)濟可行性以及國家政策等，因此預(yù)測也將存在很大的不確定性。總體上講，燃料電池汽車技術(shù)將會呈現(xiàn)多元化而且相互滲透式發(fā)展，也就是說燃料電池的氫源選擇不太可能局限于某一種方式，而是多種方式并存并且共同發(fā)展，而各種氫源選擇方式之間既相互促進，又相互限制。目前國際有關(guān)機構(gòu)已對很多制氫技術(shù)進行試點運作，我國的技術(shù)與國際先進水平相比尚有差距而且存在國情差異，因此是否會相應(yīng)推廣這些技術(shù)還有待在實際發(fā)展中檢驗。

　　燃料電池汽車具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機車所不具備的高效節(jié)能環(huán)保特性，所以有廣闊的發(fā)展前景，但要真正實現(xiàn)商業(yè)化，必須解決氫源基礎(chǔ)設(shè)施這個技術(shù)壁壘，而這被認為是比開發(fā)燃料電池汽車本身更復(fù)雜的技術(shù)難題。目前在我國，以氫氣作為車用燃料的供應(yīng)設(shè)施基本還是空白，需要從頭建設(shè)。由于牽涉到能源供應(yīng)體系的改變并需要巨額投資，因此這項工程非常有必要作為一項重大的戰(zhàn)略課題進行研究，從而為我國燃料電池汽車氫源技術(shù)的正確發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

　　三、燃料電池發(fā)展面臨的問題

　　目前燃料電池在交通領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟，并得到積極推廣，燃料電池車已經(jīng)從開發(fā)階段進入市場導(dǎo)入階段，前景廣闊，但需加快推進商業(yè)化步伐。

　　燃料電池作為一種新型發(fā)電方式，具有高效率和零污染排放特點，將在能源領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，是實現(xiàn)能源低碳化、清潔化的重要途徑。隨著燃料電池技術(shù)的不斷突破，以及成本的大幅降低，燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已經(jīng)引起國內(nèi)外高度重視。世界各大汽車公司紛紛宣布2015年左右逐漸步入燃料電池汽車商業(yè)化階段，尤其是豐田公司已在2014年底開始銷售燃料電池汽車，極大刺激了全球燃料電池汽車的商業(yè)化進程。

　　目前燃料電池正在得到積極推廣，但在大規(guī)模發(fā)電領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用仍處于初級階段。

　　從2005年到2012年這7年時間，通過全世界共同努力，基本上解決了燃料電池可以滿足汽車的需求，燃料電池功率密度達到了接近內(nèi)燃機的水平。從燃料電池的壽命看，小車達到了5000小時，大巴超過了1萬小時。此后主要是解決如何降低成本和實現(xiàn)批量生產(chǎn)的問題，以及建設(shè)加氫站的問題。

　　從國際上來看，燃料電池車已進入市場的導(dǎo)入階段，現(xiàn)在的核心問題是建生產(chǎn)線降成本和加氫站的建設(shè)，它的功率密度已經(jīng)達到了內(nèi)燃機車的水平，滿足了車的要求。從國內(nèi)來看，我國車用燃料電池起步并不晚，性能跟國際水平比較接近，但可靠性和耐久性與國際水平仍有較大差距。目前已有200余輛燃料電池車在國內(nèi)運行，累計運行公里數(shù)超過10萬公里。中國現(xiàn)在能夠運行的加氫站有三個，上海、北京、鄭州各一個。

　　燃料電池商業(yè)前景雖然廣闊，但仍有很長一段路要走。我國在燃料電池材料方面已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平，但還沒有進入商業(yè)化應(yīng)用。在提高電池性能同時，必須提高燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的可靠性和耐久性，加快推進燃料電池發(fā)動機快速評價方法，推動示范運行，促進關(guān)鍵的產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)鏈的形成。此外，加氫站的建設(shè)任務(wù)也很艱巨。

　　四、燃料電池應(yīng)用潛力與前景

　　（1）燃料電池的應(yīng)用潛力

　　目前燃料電池雖然由于成本昂貴、技術(shù)尚未完全成熟而無法得以廣泛應(yīng)用，但以其具清潔、高效、無污染等優(yōu)點必將擁有廣泛的應(yīng)用前景。尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有高功率、低溫運行、快速啟動、無噪聲等特點，使其在電動汽車、航天、軍事等領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用。

　　與國外相比，我國的燃料電池研究水平還比較低，其原因有：①70年代我國研制的航天用AFC與國外的差距還很小，但此后由于種種原因停止了對燃料電池的研究工作，直到90年代初才重新開展燃料電池的研究工作，致使我國燃料電池的研究水平大大落后于國外；②現(xiàn)在對燃料電池的研究的投入還不夠，大多僅依靠國家自然科學基金會的少量資助。

　　（2）燃料電池的趨勢預(yù)測

　　經(jīng)過長時間、持續(xù)穩(wěn)步的支持，國外燃料電池汽車產(chǎn)品的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性(如低溫啟動性能)取得了重大突破，示范運行不斷深入，并陸續(xù)推出用于租賃商業(yè)化示范的先進燃料電池汽車。燃料電池汽車進入技術(shù)與市場示范階段。

　　雖然燃料電池由于目前使用成本仍偏高，利用率不太高，不過未來隨著傳統(tǒng)石化燃料短缺、消費者環(huán)保需求提升、及燃料電池技術(shù)不斷進步等因素刺激下，燃料電池將在潔凈電站、電動汽車、移動電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面有著廣泛的應(yīng)用前景廣泛，特別是小型便攜式產(chǎn)品用直接甲醇燃料電池和車用質(zhì)子交換膜燃料電池將大有作為。