中国燃料电池究竟发展到哪一步了？

近日,氢燃料电池再次受到业内人士的关注。1月10日,国家能源投资集团有限公司董事、总经理,中国工程院院士凌文在北京表示,建议国家组织相关部委研究将氢能纳入国家能源体系,推动氢能成为国家能源战略的重要组成部分,制定氢能产业发展战略及实施路线图,建立科学长效的产业发展扶持与激励政策。1月12日下午,全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢在中国电动汽车百人会(2019)论坛中表示:“发达国家把氢作为能源管理,创制了科学安全的氢加注站建设和车载氢罐技术标准及监测体系,有力推动了燃料电池汽车商业化。建议借鉴先进经验,总结试点成果,抓紧研究修订氢能、加氢站和储氢技术标准,提升检测能力,尽快破除标准检测障碍和市场准入壁垒,加强和完善氢能生产、储运和供销体系建设。”

而在此前,中国汽车工程学会理事长付于武表示,国家能源战略很明确,多元化仍然是我国能源战略的战略基点,如果大家认为新能源就是电动化,那么这个描述或者引导方向是不完整的。

燃料电池技术发展进程

2018年2月11日,由国家能源集团牵头的中国氢能源及燃料电池产业创新联盟在北京正式成立。政策扶持下,国内氢燃料电池市场开始活跃,国内自主品牌以及部分新兴造车势力开始研发氢燃料电池汽车。1月17日,在北京召开的中国汽车动力电池产业创新联盟2018年度会议上,中国汽车动力电池产业创新联盟燃料电池分会理事长单位上海重塑科技分享了当前中国氢燃料电池的发展情况。

燃料电池系统核心零部件主要有电堆、空压机、DC/DC、氢 气循环泵、增湿器等,下表介绍了目前国内外燃料电池核心零部件中,电堆与空压机的技术发展情况。

资料来源:上海重塑能源科技有限公司

燃料电池汽车发展规模:中国氢燃料电池车保有量到2030年将达100万辆

2018年9月1日召开的第14届中国汽车产业发展泰达国际论坛上,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高就明确预估了中国燃料汽车的发展规模,同时会上公布了中国氢燃料电池汽车近中远期战略目标计划。

目前在中国氢燃料电池产品已通过商业化运营验证,可靠性得以证实。佛山、上海、张家口、郑州率先实现氢燃料电池公交常态化多线路运营;佛山于2018年底,新投入70辆公交,于2019年初,计划新投入70辆公交;张家口于2018年底,启动商业化示范运营。

同时,目前在中国上海、广东、山东、湖北等多地政府均出台了相关规划。

上海:2020年建设加氢站5-10座,乘用车示范区2个,运行规模达到3000辆;到2025年建成加氢站50座,乘用车不少于2万辆、其他特种车辆不少于1万辆。

山东:《山东省氢能源产业发展路线图》(建议稿)提出,到2020年,燃料电池汽车数量达到2000辆,加氢站达20座;到2025年,燃料电池汽车数量达到5万辆,加氢站达200座;到2030年,燃料电池汽车数量达到10万辆,加氢站达500座。

苏州:到2020年,建成加氢站近10座,燃料电池汽车运行规模力争达到800辆;到2025年,建成加氢站近40座,燃料电池车运行规模力争达到1000辆。

武汉:2018-2020年,建设5-20座加氢站,燃料电池公交车、通勤车、物流车等示范运行规模达到2000-3000辆。到2025年,建成加氢站30-100座,实现乘用车、公交、物流车及其他特种车辆总计1-3万辆的运行体量。

燃料电池发展的瓶颈

下表为氢燃料电池汽车代表丰田Mirai和动力锂电池汽车代表特斯拉的性能对比。

相比于锂离子电池,氢燃料电池的电池重量、续航里程、充电时长等都具有明显优势。但同时,目前氢燃料电池仍在发展的初期,许多问题亟需解决,技术难度大、成本高、运输风险大、加氢站基础设施的不完善等问题都是制约氢燃料电池大规模推广的重要影响因素。

目前中国燃料电池产业主要依靠政府补贴,同时大部分核心零部件需要依赖进口(如上文表格中介绍的电堆等),部分零部件实现自主批产在2020年后。

同时,氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。氢分子又小又活泼。它透过质子膜时,电子被从分子上剥离,只留下带正电的氢质子通过,氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。质子交换膜就是这一过程中最核心的技术。然而,质子交换膜中又以铂金(Pt)为催化剂,Mirai用了约100克铂,按照现在174元/克计算,催化剂就用了近2万元。质子交换膜以杜邦的Nafion为例,约为一平方厘米10元人民币,按照用量一平方米计算,光是质子交换膜的成本就在10万元左右。另外还需高压储氢罐成本6万。横向比较,传统汽油车2L发动机的成本约为3万元,目前锂电池成本已降至1元/wh以下,Tesla主流配置的75 KWh三元锂电池成本约为8万。

注:政策过渡期内补贴标准不变

当下,锂离子动力电池已形成产业化,并在政策与市场的双重驱动力影响下快速发展;而燃料电池特别是氢燃料电池的发展仍处于初级阶段,行业专家表示,目前来看,氢燃料电池的发展前景广阔,应用场景丰富,但在其大规模落地之前仍需较长时间去解决存在的痛点。

但是,相比于锂离子电池补贴政策正处于退坡过程中,燃料电池的补贴力度大且具有持续性,这也显示了中国政府重视多元化发展路线,支持新能源电池的决心。对于国家层面明确制定相关发展目标,2016年工信部颁布的《节能与新能源技术路线图》中已经提到,2020年建成100座加氢站;2025年实现建成300座加氢站的目标;2030年建成1000座加氢站。