6月26日至28日，2021年全球智能出行大会暨第二届中国（南京）国际新能源与智能网联汽车展览会（GIMC 2021）在南京举行。会上，中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化学物理研究所）研究员衣宝廉在题为《燃料电池车的现状与远景》的报告中说，燃料电池汽车（FCV或FCEV）在绿色、动力性、安全性等方面具有明显的优势，但未来需要实现大规模应用，关键是降低燃料电池汽车的成本和运营成本。

对于如何降低成本，衣宝廉从燃料电池创新、制氢优化、氢能储运等角度提出了三个“宣传册”。

FCV具有许多优点和较高的安全性

FCV的主要动力燃料是氢能“FCV与传统内燃机车非常相似：FCV的氢瓶相当于传统汽车的油箱，燃料电池发动机相当于内燃机，但传统汽车的尾气排放是污染物，而氢燃料电池汽车的尾气排放是水。”衣宝廉认为，与其他电动汽车（混合动力汽车和纯电动汽车）相比，燃料电池汽车具有续航里程长、动力性能高、燃油加注时间短、安全性好等优点。

他解释说，由于燃料电池的比能量很高，可以达到0.5-1.0kwh/kg，特别适合重型卡车或公共汽车；同时，氢燃料电池汽车的续航里程、加氢时间和驾驶舒适性与燃料汽车相当。另外，由于燃料电池车的电堆与氢罐分离，电堆不会爆炸，提高了发动机的安全性。

衣宝廉提到，人们已经习惯用汽油作为燃料，但对氢作为燃料仍缺乏了解。事实上，氢气的物理性质使其在开放空间的应用更加安全，氢气的扩散系数是汽油的12倍。利用氢气易于检测和快速扩散的特点，在可能发生氢气泄漏的地方安装了氢气传感器。当氢气浓度高于5/1000时，联动风机将自动启动，以确保氢气安全。”他说。

即使发生爆炸，氢气的危险性也较小。”当发生爆炸时，氢燃料的密度远低于空气的密度，因此它会迅速上升和扩散，爆炸会发生在气源上方；相比之下，汽油爆炸发生在燃料泄漏处，其危险性远大于氢气。数据显示，在相同体积的气体中，汽油的爆炸能量是氢气的22倍。”

降低成本是“必须克服的困难”

氢燃料电池汽车优势明显，但制约其发展的成本等因素也摆在桌面上：目前，不仅燃料电池发动机价格昂贵，加氢站建设成本、制氢成本和加氢成本居高不下。

衣宝廉列举了一组数据：目前由于燃料电池发动机价格昂贵，一辆车的价格是燃料车的2-3倍，是锂离子电池车的1.5-2.0倍；加氢站建设成本1200-1500万元；加氢站成本高导致加氢成本高，目前每公斤加氢成本高达60~80元。

“只有将加氢成本降低到每公斤30元以下，燃料电池车才能与燃油汽车竞争。”“这些都是必须克服的困难，”他说

2020年4月，财政部发布《关于开展燃料电池汽车示范推广的通知》（征求意见稿），重点支持珠三角、长三角等城市，京津冀及中部地区开展燃料电池产业化示范应用为期4年。值得注意的是，此次示范并非直接补贴。示范期间，中央财政将按照成果导向，对以FCV关键零部件核心技术为重点，采取科学有效措施降低各项成本的示范城市给予奖励。

降低成本提高效率的三个“锦囊”

为了降低燃料电池汽车的成本，我们应该把重点放在燃料电池上。燃料电池的基本单元是单电池，又由电解质膜、电催化剂、扩散层等组成的膜电极组件（MEA）和双极板组成。因此，降低成本的技术创新应从膜电极组装入手。

据衣宝廉介绍，大连化物所相关研究团队通过改进电催化剂和质子交换膜，提高MEA的性能，探索MEA的批量生产技术，取得了一定的进展。如他们制备的“超小型铂铜合金催化剂”的质量比活性是传统铂碳催化剂的3.8倍；通过优化MEA催化层和气体扩散层的配方和工艺，提高了MEA的性能，减少了铂的用量。基于这些研究成果，他们开发了一系列不同功率、不同规格的燃料电池组，并在一些新能源汽车上进行了试验。

“实现燃料电池关键材料和部件的国产化、量产化，同时提高电堆的比功率，可以大大降低燃料电池发动机的成本，进而降低燃料电池汽车的成本。”他说，应根据电池组的工作条件和适当的工作条件制定控制策略，以确保电池系统的可靠性和耐久性。

PCV成本的降低取决于电池，PCV加氢成本的降低取决于什么？衣宝廉给出的“锦囊”是为了优化制氢来源和储运方式。

“制氢有三种方案：工业副产制氢、化石燃料制氢和可再生能源制氢。在这三种方法中，石油化工、焦化、氯碱合成氨、甲醇等工业副产氢潜力巨大，但这需要我们制定准确的燃料电池有毒杂质净化方法，制定标准，明确检测方法和仪器；同时，我们还需要开发利用化石燃料制氢的新方法，比如利用天然气热催化裂解制氢和固体碳，实现碳零排放。”最好的办法是大力发展可再生能源生产氢气。”

衣宝廉说，在我国仅四川、云南就有400多亿千瓦时的弃水，三北地区弃风电近500亿千瓦时。西北五省平均弃光率为20%。如果利用废弃的风、水、光能进行电解制氢，年产量可达300万吨。

因此，他建议发展质子交换膜（PEM），利用丰富的可再生能源电解水制氢，然后通过管网输送氢气。当需要氢气时，当氢气浓度较高（如大于5%）时，可采用膜分离器从天然气和氢气混合物中提取纯氢气，当氢气浓度较低时，可提取等热值的天然气进行重整制氢。这样，加氢站的加氢成本可降低到每公斤30元以下，“可与燃料车竞争”。

据了解，大连化工研究院研制的PEM电解水技术已有20多年的历史，且技术已日趋成熟。2020年，他们承担了国网安徽省电力有限公司兆瓦级氢气综合利用站技术示范工程，利用PEM电解水制氢。

衣宝廉还为降低加氢站的建设成本提供了“锦囊”：“实现氢压缩机、高压储氢瓶等的国产化和量产，建油、氢、电合建站，可以大大降低加氢站的建设成本。”

衣宝廉最后说：“基于上述‘锦囊’，我们可以先将对加氢站依赖度低的商用车商业化，待加氢站达到一定密度后，再对DCV乘用车进行示范和商业化。”。