车用端先行，氢燃料电池汽车技术的成熟度如何？

近日，记者从四川省科技厅获悉，在省重大科技专项支持下，由东方电气（成都）氢燃料电池科技有限公司（以下简称“东方氢能”）自主设计生产的Olas 60A氢燃料电池系统顺利完成10029小时耐久性实测，累计启停5000余次，系统工况性能衰减率小于5%。

这是国内氢燃料电池发动机系统首次突破1万小时耐久性实测大关。此次1万小时耐久性测试结果，标志着国内氢燃料电池系统在高耐久、高可靠、高安全方面迈出了坚实一步。


氢能源作为清洁能源，是推动能源体系绿色低碳转型的重要方向。氢燃料电池是通过氢气和氧气的电化学反应将氢气化学能直接转换成电能的发电装置。氢燃料电池可实现氢能的移动化、轻量化和大规模普及，能广泛应用于交通、储能、发电等领域。


氢燃料电池汽车包含燃料电池系统、电驱动系统、电池系统等功能部件。其中，燃料电池系统是决定整车性能和成本的核心环节。



1、产业化推进，车用端先行


交通运输领域是目前燃料电池的主要应用场景，燃料电池车系统装机功率绝对领先。根 据 E4tech 统计，2014-2020 年，在装机数量上，以微型热电联产为主的固定式发电占主导地 位，2020 年日本的 Ene-Farm 超过 47000 台套、德国的 KfW433 计划超过 5000 台套、泛欧 的 PACE 项目增加约 1000 台套；2020 年便携式燃料电池出货量约 4000 台套，包括娱乐性 电池延长器、远程监控和远程电源装置。交通运输领域燃料电池装机功率从 2014 年 37.3MW提升至 2020 年 933.5MW,占比由 20%提升至 75.3%，从 2016 年开始，交通运输领域装机功 率超过便携式发电领域逐步占据领先地位。2020 年，全球燃料电池车装机功率约 859MW， 约占所有应用领域出货容量的三分之二。


全球燃料电池车销量增长超 50%，韩、日、中、美、德是主要推广国家。2021 年，全 球主要国家共销售氢燃料电池车 16313 台，同比增长 68%。受强势补贴政策驱动，韩国市场 延续 2020 年的增长势头，全年共售出 8498 台，约占全球总销量的一半。美国全年氢燃料电 池车销量为 3341 台套，较去年激增 2.5 倍，主要原因是 2020 年疫情导致销量基数过低；日 本全年共售出 2464 台，同比增长 67%，主要受益于 2020 年底新一代丰田 Mirai 的上市；德 国共售出 424 台，同比增长 38%；中国全年氢燃料电池车受益国内补贴政策落地，销量为 1586 台，同比增长 35%。截至 2021 年 12 月 31 日，全球主要国家氢燃料电池车保有量为 49562 台，同比增长 49%。其中，韩国氢燃料电池车保有量占比 39%，美国为 25%，中国占 比 18%，仅次于韩国和美国，位居全球第三。


我国燃料电池车销量加速开局，2022 年有望开启行业爆发期。2022 年 1-7 月我国燃料 电池汽车产销分别完成 2094 辆和 1633 辆，销量同比+130.0%，环比+24.15%，相当于 2021 年全年总销量 46.53%。从 2015 年至 2021 年，我国燃料电池车销量由 10 台增长至 1586 台，系统装机量达到 210.6MW。截至 2021 年，我国燃料电池车保有量 8938 台，系统装累计机 量超过 520MW。根据《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》的发展目标，2025 年我 国燃料电池车辆保有量约 5 万辆，受益于双碳战略的促进及城市群推广计划的落地，2022- 2025 年燃料电池保有量 CAGR 将至少为 53.8%。


2、部分核心技术持续突破，产业链加快形成


作为不同于电动汽车的技术路线，氢燃料电池汽车技术的成熟度如何？


记者了解到，氢燃料电池汽车行业核心技术集中于氢燃料电池电堆等，主要包括催化剂、质子交换膜和碳纸等“三大材料”，以及双极板、膜电极等“两大部件”。当前，这些领域核心技术持续突破，加快实现国产化。


膜电极被称为氢燃料电池的“芯片”，决定了氢燃料电池的性能、寿命和成本。近几年来，在国内企业和科研机构的共同努力下，国产化明显加快。


其他零部件也加快实现“破局”。先进能源产业研究院(广州)有限公司打造了年产3万平方米的碳纸生产线。在整车环节，此前氢燃料电池乘用车面临的最大掣肘是氢燃料电池体积和重量过大，但随着我国氢燃料电池电堆功率密度显著提升，以及国产零部件水平逐步提升，上述技术难题实现突破。如长安深蓝SL03氢电版的燃料电池系统管路线束长度减少约20%，系统体积明显缩减，使轿车搭载成为可能。


“近年来，我国氢燃料电池汽车各项指标均有不同程度的改善，比如石墨双极板的电堆寿命已从3000小时提高到15000小时。”中国科学院院士欧阳明高表示。


记者了解到，氢燃料电池汽车产业链较长，涉及从上游的制氢、储氢、加氢，到燃料电池系统、电驱动系统等零部件及整车制造，并延伸到物流、出行等各类应用场景。当前，全国多地加快完善氢燃料电池汽车产业链。



3、仍处于初期示范和商业模式探索阶段


“氢燃料电池汽车产业仍处于初期示范和商业模式探索阶段，政策带动产业发展仍需要时间。”中国汽车工业协会副总工程师许海东说。


成本高是核心问题。根据相关测算，当前每辆氢燃料电池汽车动力系统平均单价为数十万元，而电动汽车动力系统的电池成本仅为数万元，燃油车动力系统有些甚至不足万元。


电解水是最被看好的氢气制备方式之一，但当前制氢成本仍较高。据测算，当前氢燃料电池汽车平均每百公里用氢成本为30至80元，而电动汽车每百公里耗电成本一般不到20元。


业内人士建议，当前仍需对氢燃料电池、电解装置等关键核心技术开展攻关，并加快完善产业链和相关配套。上海岚泽能源科技有限公司总经理范卫尧认为，仍需推动碳纸及质子交换膜等核心部件技术研发，加快推进国产化进程。


业内认为，随着氢燃料电池乘用车加快进入市场、驶上道路，对完备的加氢站网络更为依赖，当前仍需加快加氢站等建设步伐。


最后


从长远的眼光来看，氢燃料电池车具有加氢速度快、环保等优势，但整个行业的规模小、氢燃料电池反应堆制造成本高、加氢站少都是制约其发展的重要因素，造成现在单车的价格过高，很难普及到民用。不过随着整个产业的规模升级以及技术的进步，预计也将会走入寻常百姓家。