燃料电池汽车的现状及未来发展趋势
摘要:尽管目前氢燃料电池汽车在发展过程中仍然有很多瓶颈,但是随着氢燃料电池汽车技术的不断成熟;国家政策及行业的不断推动;消费者认可度的不断提升;氢燃料电池汽车完全有可能替代燃油车成为主流。
关键词:氢燃料电池汽车;现状;未来发展趋势
1国内外氢燃料电池汽车的发展现状
1.1国外氢燃料电池汽车的发展现状
由于国外在氢燃料电池汽车领域起步较早,目前已经基本实现将传统汽车平台改造成为氢燃料电池汽车平台的生产模式,日本和欧美在氢燃料电池汽车研发水平方面处于世界领先位置,在氢燃料电池汽车的安全性、可靠性等方面取得了重大突破,并陆续推出了先进的氢燃料电池汽车。如丰田汽车公司研发的Mirai、日产的Xtrial、奔驰的F-Cell、通用的Equinax以及现代的LX35等,都是氢燃料电池汽车的典型代表。相较而言,丰田汽车公司研发的Mirai综合性能较好,特别是在氢燃料电池催化剂铂的用量方面,远低于其他车型,
铂最为一种贵重金属催化剂,降低铂的用量可大大降低燃料电池汽车的成本,提高氢燃料电池汽车的市场竞争力。
1.2国内氢燃料电池汽车的发展现状
在我国,随着政府对氢燃料电池汽车产业的大力扶持,以奇瑞、长安、一汽以及上汽为代表的汽车公司也相继对传统的汽车平台进行改造,但是由于尚未掌握燃料电池的关键技术,目前生产制造的氢燃料电池汽车综合性能相对较差,仍处于试运行阶段[5]。尽管丰田汽车公司的氢燃料电池汽车研发技术处于世界领先水平,截止到2017年底丰田Mirai占到全球氢燃料电池乘用车销量九成以上,但也仅仅销售5300辆,就目前的发展情况来看,氢燃料电池汽车在短期内难以产业化。
2氢燃料电池汽车发展的策略
2.1加强完善氢燃料电池汽车产业链
氢燃料电池汽车要实现快速的发展,必须把核心部件的技术掌握在自己手中,才能够更好地发展氢燃料电池汽车。首先,从国家政策导向出发,国家对燃料电池产业扶持的重心必
须向上游关键材料及零部件转移,陆续出台一系列产业链培育、技术研发创新、重大技术攻关等政策,才能使氢燃料电池汽车的产业链具有核心竞争力。其次,要加强氢燃料电池中各个零部件制作的国产化和技术水平,提升各个核心部件和系统的研发,从而形成封闭的产业链,促进氢燃料电池汽车的发展。最后,要加强系统制造商和整车企业的研发,建立产学研联盟,促进技术的研发。
2.2加强研发投入,降低电池生产成本
目前,对于氢燃料电池汽车电池的制造材料价格昂贵等一系列问题。首先,要实施财政政策、金融政策、产业组织政策和企业帮扶政策等相关政策,加强龙头企业建设、加大人才培养和引进力度,有效地加快企业的自主研发能力。其次,企业要不断突破制造材料昂贵、稀缺的瓶颈,自主研发具有低成本、高稳定的新材料,例如:可以用其他材料代替双极板所使用的石墨烯材料,实现批量生产,降低电池生产成本[20]。最后,要实现电池技术的技术突破离不开专业人才,因此,要建设一支稳定的专业人才队伍,推进电池核心技术的突破。
2.3加强政策引领,促进氢能基础设施完善
目前,我国储氢技术相对比较落后,面对氢气具有易燃、易爆、易泄露的特性,要不断提高各类储氢技术的效率,降低储氢过程中的成本,提高安全性。面对我国氢燃能基础设施相对落后、加氢站较少的问题。首先,坚持市场主导与政策驱动并行,逐步建立科学合理的产业补贴政策,将加氢站纳入国家重点扶持的公共基础设施[22]。最后,要推进加氢站基础设施建设,完善加氢站建设的相关政策,细化更新各类标准,完善建设过程中的各种审批流程,降低审批难度,提升建设效率。
3国内氢燃料电池汽车发展中存在的问题
3.1氢燃料电池汽车产业链不完善
我国氢燃料电池汽车产业链较长,主要包括两大部分,第一部分是氢燃料电池系统及关键部件,第二部分是整车生产。与传统汽车相比较,增加了氢燃料系统和车载供氢系统,目前受到国内工业水平的影响,在实际生产中,核心部件和关键基础材料仍然依赖进口[13]。而产业链所涉及的主要零部件包括高压储氢瓶、减压阀、氢气循环泵、空气压缩机、DCDC转化器、水泵、散热器、各种控制器等,其中主要的核心零部件包括氢气循环泵、空压机、增湿器、质子交换膜,核心部件目前主要依托于国外供应商,国内许多龙头企业
发挥的产业链的带头作用还不足,氢燃料电池系统中的核心技术严重缺失,给未来发展氢燃料电池汽车带来一定的影响。
3.2燃料电池生产成本较高
氢燃料电池系统占据整车成本的50%,氢燃料电池(电堆)占据了氢燃料电池系统成本的60%,而造成氢燃料电池成本高的原因有两点,第一,氢燃料电池结构比较特殊;第二,电池的制造材料价格昂贵,其中电堆中双极板、催化剂、质子交换膜、碳纸等材料是氢燃料电池的主要成本,其核心材料包括铂催化剂、电解质膜和双极板;氢燃料电池都是使用铂作为催化剂,该金属成本较高;且由于氢燃料电池中的电解质膜具有很好的氧化和还原稳定性,所以电解质膜的价格也较贵;燃料电池中的双极板主要是石墨烯材料,其加工成本大。
3.3氢能基础设施建设相对落后
目前,我国储氢技术还不够成熟,氢气储存的安全性、氢气浓度、成本等问题是影响氢燃料电池发展的核心。目前常用的储氢技术包括物理储氢、化学储氢、其他储氢。物理储氢
虽然成本低,但是安全性较差;化学储氢虽然安全性较高,但是放氢较难,且浓度较低;其他储氢也存在安全性高,但储氢浓度低的问题。随着氢燃料电池汽车的发展,加氢站的建设是基础设施建设之一。目前国内建设一座加氢站需要消耗200美元~250美元,成本较高。近年来,随着政策的支持,加氢站也在不断增加,截至2020年12月底,我国建设了118座加氢站。
4氢燃料电池汽车未来的发展
由于石油能源的枯竭和环境污染问题日益凸显,目前世界各国都在快速推进氢燃料电池汽车的发展,在国家政策及行业的不断推动下,制约氢燃料电池汽车发展的因素也将得到改善4。就我国而言,根据白皮书公布的目标,预计到2050年氢能在我国能源体系中的占比将得到10%左右4,加氢站网络构建完成,燃料电池汽车产量将达到520万辆/年,燃料电池车辆保有量达到1000万辆。氢燃料电池汽车规模壮大是历史发展的必然趋势,氢燃料电池汽车的发展轨迹将会与燃油车的发展类似,需要进行不断的改进和创新。早在100年之前燃油车也因为技术不成熟、安全性不够以及燃油添加困难等弊端被消费者所排斥,但是随着研发的不断深入,科技水平也随之不断提高,阻碍燃油车发展的主要因素随之被一一解决,
燃油车也开始受到消费者的认可甚至是追捧。如今正处于科技迅猛发展的时代,氢燃料电池汽车从起步到成熟的阶段将会比燃油车来得更快,在不久的将来氢燃料电池汽车必将受到广大消费者的认可,甚至可能完全替代燃油车成为主流。
结束语
尽管目前氢燃料电池汽车在发展过程中仍然有很多瓶颈,但是随着氢燃料电池汽车技术的不断成熟;国家政策及行业的不断推动;消费者认可度的不断提升;氢燃料电池汽车完全有可能替代燃油车成为主流。
参考文献:
上汽汽车[1]王晶.新能源汽车发展分析[J].科技致富向导,2013(18):104-104.
[2]靳鹏超.新能源汽车用锂离子电池组热管理系统的研究[D].2013.