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燃料电池民用化难点分析

未知 2019-07-18 10:53

  此前,谈到国务院关于印发《中国制造2025》通知定义汽车的四个方向,即纯电动汽车和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、节能汽车和智能网联汽车等四个方向,并详细地谈了电动车、插电式混合动力汽车发展机会,今天我们谈论第二个方向燃料电池汽车的定位。

  燃料电池汽车一直被媒体、政界重视,车企层面对燃料电池定位还在概念车探讨的层面,特斯拉CEO Elon Musk甚至在纽约时报采访时用了A fuel cell is sobullshit来表述燃料电池,前段时间我们多家车企谈投放市场燃料电池汽车,结果迟迟动作不明,此次政府官方定位的燃料电池,还存在基础研究阶段,离批量化的应用还有较长距离。

  第一、市场定位仍是基础研发和小范围应用尝试

  很多人知道燃料电池的名词,却未必真正了解燃料电池的概念,它并不是真正意义的电池,而是一个小型发电站,官方概念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,我们先看看官方的市场定位。

  在燃料电池销量上,官方定位是燃料电池汽车运行规模进一步扩大。到2020年,生产1000辆燃料电池汽车并进行示范运行;到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。

  类比纯电动/插电混的年产销量100万辆,这个累计生产1000辆数量显得极其渺小,当然,这个数量似乎官方也不自信,因为2025年的销量并没有给出来,示范运营,让一些企业、高校拿出一些试验车辆,可能止步于这个意思,这也不能怪政府步子小,而是这块市场的环境还没有形成。

  笔者检索到7月9日一篇报道称,中国的加氢站仅有两家,分别位于上海和北京,美国市场也仅有十余个,这是一个非常现实的问题,怎么可能让燃料电池大范围应用?所以,丰田在媒体上发布了很多文章称它们的燃料电池量产车辆,应该也是小范围的尝试。

  当然,定位的技术指标上,提到了一些应用前期的限制,包括到2020年,燃料电池堆寿命达到5000小时,功率密度超过2.5千瓦/升,整车耐久性到达15万公里,续驶里程500公里,加氢时间3分钟,冷启动温度低于-30℃,这些方面都是作为车辆产品应用前需要解决的门槛问题。

  最后的定位是,到2025年,燃料电池堆系统可靠性和经济性大幅提高,和传统汽车、电动汽车相比具有一定的市场竞争力,实现批量生产和市场化推广。如果从一款车辆产品的周期来看,研发需要四年的时间的,燃料电池作为核心动力总成可能需要更长的时间,2020年实现积累,2025年实现批量有一定困难,特别竞争传统车辆和电动车,这种类比就有问题,因为燃料电池也是电动车的一种。

  第二、技术定位的四个突破或是投资机会

  既然是个未来技术,且包括政策、行业都比较期待的未来技术,前期的积累和研发有两个特点:第一是需要长时间的研发积累,第二是需要持续的资金链补给。所以,这些方面,特别是《中国制造2025》官方通知里面,更多的还是给予投资参考的作用。

  在燃料电池的概念中,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,也能够看得出来,氢气的来源、氢气的存储和运输、氢气的反应以及产品化应用的处理是燃料电池四个最需要解决的问题,而官方四个重点关注领域主要围绕的是氢气化学反应的技术展开,这里面主要还是基础研发。

  重点关注领域的核心材料方面,提到了燃料电池催化剂、质子交换膜、碳纸、膜电极组件、双极板等关键材料的批量生产能力建设和质量控制技术研究,这种能力建设或在未来有相应的技术倾斜,当然,这些也是燃料电池未来发展的瓶颈性关键技术。

  重点关注领域第二个方面主要是针对可靠性,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、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,这个方面,也让我们看到了当下燃料电池的状态,离成熟的产品还有差距,这个方面对于热炒燃料电池概念的应该有个警醒。

  重点关注领域第三个方面主要是针对通用化技术,包括却不仅限于汽车、备用电源、深海潜器等燃料电池通用化技术研究,这个方面有点联合作战的意味。

  重点关注领域第四个方面主要是针对整车应用和降低成本,这个细节方面谈的很少,主要是走到这个阶段还有一段很长的路子。

  当然了,我们上面谈到的氢气的来源、氢气存储与运输、氢气的基础建设,以及燃料电池整车安全等问题,这些问题可能相对应电化学反应的基础研究,没有那么迫切,不过,这些问题没有统筹性的解决,燃料电池的概念只能存在概念状态。

  值得一提的是,这么重要且大家都看好的概念,没有统筹性梳理就显得不合理,比如氢气来源如何采用电解,那么电能如何解决,与电动车相比较,能效如何,氢气存储方面,如何保证粗笨的高压瓶能够安全不泄漏地存储、运输氢气,这些问题目前来讲,还没有结论,这也意味着燃料电池尚未开始应用。

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