燃料電池的發(fā)電原理跟鋰電池類(lèi)似，都是基于電化學(xué)原理，而工作方式卻是按內(nèi)燃機(jī)工作方式發(fā)電，需要構(gòu)成一個(gè)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)除了燃料電池模塊外，還要包括反應(yīng)氣（氫氣、空氣）供給、水熱管理、電控等子系統(tǒng)。
推進(jìn)燃料電池商業(yè)化
從過(guò)去到現(xiàn)在，全球燃料電池汽車(chē)走了幾個(gè)階段。第一階段，設(shè)想的很樂(lè)觀，但燃料電池應(yīng)用于汽車(chē)上之后，受汽車(chē)工況影響，性能衰減很快。第二階段，主要解決燃料電池的可靠性、耐久性問(wèn)題。因?yàn)楣r比較復(fù)雜，這一階段經(jīng)歷了七八年時(shí)間，基本上解決了這些問(wèn)題，燃料電池壽命也達(dá)到了要求?，F(xiàn)在進(jìn)入了第三階段，主要是進(jìn)一步降低成本和鉑（Pt）用量，同時(shí)加快加氫站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化。
燃料電池汽車(chē)的門(mén)檻比較高，為了攻克燃料電池產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題，國(guó)際上形成了三大聯(lián)盟，共同解決這些技術(shù)問(wèn)題。2015年豐田的“未來(lái)”燃料電池汽車(chē)已經(jīng)宣布實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，訂貨已經(jīng)接近1500輛。同時(shí)，豐田為了促進(jìn)燃料電池汽車(chē)在全世界盡快商業(yè)化，宣布兩個(gè)重大措施，一個(gè)是專(zhuān)利公開(kāi)，再一個(gè)是產(chǎn)品關(guān)鍵材料和部件可以向世界其他廠家出售。特別是后一件事情，對(duì)其他國(guó)家燃料電池盡快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的作用很大。
從國(guó)際上來(lái)看，燃料電池汽車(chē)現(xiàn)在進(jìn)入一個(gè)商業(yè)化的導(dǎo)入期。燃料電池汽車(chē)的主要技術(shù)問(wèn)題已經(jīng)基本解決，限制燃料電池汽車(chē)大規(guī)模商業(yè)化的還有兩件事情，一個(gè)是加氫站的建設(shè)，另一個(gè)是進(jìn)一步提高燃料電池的可靠性和耐久性。
同時(shí)降低鉑用量也是關(guān)鍵突破點(diǎn)。使鉑的用量能跟汽車(chē)尾氣凈化器的貴金屬用量差不多，這樣才能實(shí)現(xiàn)全面商業(yè)化。降低成本的重點(diǎn)是生產(chǎn)線(xiàn)的建立，現(xiàn)在燃料電池汽車(chē)還不能像燃油車(chē)那樣一分鐘一輛在生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行生產(chǎn)，所以生產(chǎn)線(xiàn)（包括整車(chē)和各個(gè)關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)線(xiàn)）的建立還是很艱巨的一個(gè)任務(wù)。
燃料電池技術(shù)取得進(jìn)展
我國(guó)從“九五”期間就做了準(zhǔn)備工作，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到“十三五”，這期間我國(guó)自主研發(fā)的燃料電池汽車(chē)參加了北京奧運(yùn)會(huì)、新加坡世青賽、美國(guó)加州示范和上海世博會(huì)等，200多輛車(chē)參加了示范運(yùn)營(yíng)，效果明顯，完成了國(guó)家任務(wù)。
在奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)之后技術(shù)進(jìn)一步取得進(jìn)展，Pt@Pd核殼催化劑已用于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，鉑用量得到進(jìn)一步降低。在膜材料方面，為了提高穩(wěn)定性，制備了PTFE增強(qiáng)的復(fù)合膜，并加入了自由基淬滅劑，延長(zhǎng)了膜的壽命。
同時(shí)，我國(guó)正在研究有序化的電極，利用陣列二氧化鈦納米棒或納米管為擔(dān)體的有序化電極，鉑用量得到進(jìn)一步很低，但是性能還不能滿(mǎn)足汽車(chē)的要求，這方面還需要進(jìn)一步努力。
在系統(tǒng)方面，我國(guó)采用混合動(dòng)力、電-電混合的路線(xiàn)，減少了燃料電池受車(chē)用工況的沖擊，延長(zhǎng)了燃料電池的壽命。此外也進(jìn)行了空壓機(jī)的研究，但是現(xiàn)在空壓機(jī)的可靠性和耐久性還有待進(jìn)一步改進(jìn)。在高壓儲(chǔ)氫瓶方面，35MPa的氫瓶已用于裝車(chē)，70MPa的儲(chǔ)氫瓶正在研制過(guò)程中。大連化物所研制的下一代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到300W/kg的技術(shù)水平。
提高協(xié)同創(chuàng)新能力
基于目前我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)創(chuàng)新能力，燃料電池汽車(chē)下一步怎么發(fā)展？這里提出幾點(diǎn)建議。
第一，從國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，燃料電池用的各種關(guān)鍵材料和零部件，測(cè)試性能和實(shí)用性能都達(dá)到了國(guó)際水平，但是現(xiàn)在還不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，原因就是沒(méi)有建立批量生產(chǎn)線(xiàn)。因?yàn)閲?guó)內(nèi)燃料電池關(guān)鍵部件還沒(méi)有形成一個(gè)很大的市場(chǎng)，這是我們發(fā)展燃料電池汽車(chē)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。還需要企業(yè)家投入，建立關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件小批量生產(chǎn)線(xiàn)，使關(guān)鍵材料的供給立足于國(guó)內(nèi)。
第二，國(guó)內(nèi)原來(lái)研究電堆主要注重提高電堆的重量比功率、體積比功率，現(xiàn)在我認(rèn)為，重點(diǎn)應(yīng)該轉(zhuǎn)向提高電堆的可靠性和耐久性，因?yàn)樗侨剂想姵匕l(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和耐久性的基礎(chǔ)。
第三，要把如何減少燃料電池在車(chē)用工況下衰減的基礎(chǔ)研究成果，與燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合起來(lái)，把這些過(guò)程通過(guò)控制程序和零部件在整車(chē)上實(shí)現(xiàn)，這樣使燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在整車(chē)上整個(gè)系統(tǒng)壽命能夠達(dá)到5000至10000小時(shí)。
第四，除關(guān)鍵材料外，中國(guó)還有幾個(gè)關(guān)鍵部件（如空壓機(jī)）暫時(shí)可以外購(gòu)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，要進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
另外，高壓氫氣瓶國(guó)內(nèi)只有35MPa的，如果要實(shí)現(xiàn)續(xù)駛里程六七百公里，就要在70MPa。當(dāng)前國(guó)內(nèi)加氫站只有3座，要在主要示范城市逐步建立加氫站，這樣燃料電池汽車(chē)才能在各個(gè)城市普及起來(lái)。
最后一件事情，國(guó)家要對(duì)催化劑和電極進(jìn)行深入的研究，能夠做到鉑用量轎車(chē)在5克左右、大巴車(chē)在10克左右，最終實(shí)現(xiàn)0.1gPt/kW目標(biāo)，當(dāng)然這是很具有挑戰(zhàn)性的工作。
不得不承認(rèn)，燃料電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的門(mén)檻比鋰電池高得多，需要建立批量生產(chǎn)線(xiàn)解決制造的一致性問(wèn)題，這是全世界都要關(guān)心并需要合作解決的重大問(wèn)題。
我認(rèn)為，在國(guó)家大力支持下，依靠國(guó)內(nèi)外科技界、企業(yè)界合作，預(yù)計(jì)在2020—2025年，我們能突破這些關(guān)鍵技術(shù)，使燃料電池汽車(chē)進(jìn)入S型曲線(xiàn)的起始階段；大幅度提高要在2025—2030年之間；燃料電池汽車(chē)要實(shí)現(xiàn)盈利估計(jì)還需要5年左右的時(shí)間。
