氢燃料电池技术的研究与发展

中国氢燃料电池汽车产业发展研究　

沈浩明　（上海汽车集团股份有限公司，上海２０００４１）　

【摘要】　随着中国汽车保有量的日益增加，能源安全和环境保护问题愈发凸显，成为中国汽车产业可持　续发展面临的两大挑战。文章从政策和技术人手进行综合分析，结合国内的实际状况，提出我国燃料电池汽车　产业发展的建议。　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｅａｒ　ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｎｖｉ．　

ｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｈａｖｅ　ｂｅｃｏｍｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ．Ｔｈｅｓｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ｈａｖｅ　ａｌｓｏ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｍａｊｏｒ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　ｗｈｉｃｈ　Ｃｈｉｎａｇ　ａｕｔｏ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｆａｃｅｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｉｔｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　

ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ａｎａｌ—　

ｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｏｌｉｃｙ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ａｃｔｕａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．　

【关键词】氢燃料电池汽车产业发展建议　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－４５５４．２０１８．０４．０８　

０　引言　

近年来，氢能与燃料电池的研究受到各国关　注，被视为未来世界能源体系的重要组成。中国　

是世界上最大的能源生产国和消费国，已形成了　

煤炭、电力、石油、天然气、新能源和可再生能源全　面发展的能源供给体系。随着我国社会经济的持　

续增长，能源消费需求总量不断上升，石油、天然　

气等进口依存度持续走高，２０１５年我国石油对外　依存度突破６０％，天然气对外依存度已上升至　

氢能源技术的研究现状

近年来，氢能源技术的发展备受关注。氢能源可以作为一种可再生能源替代传统石油、煤炭等化石燃料，能够有效降低温室气体排放，以及减少对环境的污染。因此，国际社会越来越关注氢能源技术在实现可持续发展方面的重要作用。本文将介绍氢能源技术的研究现状以及未来发展。

一、氢能源技术的来源

氢能源可以从各种原材料中制取，包括天然气、石油、可再生能源等。其中最常用的来源是天然气，通过气体化和重整等过程制取氢气，这种方法叫做天然气重整法。此外，可再生能源如水和太阳能也可以制取氢气。使用这些资源可以实现氢能源的可持续发展。

二、氢能源技术的研究进展

氢能源技术已经有了一定的研究进展。其中，氢气燃料电池是氢能源技术的核心，目前已经相对成熟。燃料电池可以以化学能量转化为电能，并且不产生有害气体。氢气经过燃料电池反应产生电能和水。这种技术可以用于各种应用，包括汽车、家庭用电、备用电源等等。

近年来，氢气燃料电池汽车逐渐步入市场，成为国际研究领域的热点。汽车制造商如丰田和本田公司已开始生产氢气燃料汽车。这些汽车配备了燃料电池，在运行过程中只排放水蒸气，不产生其他有害气体。同时，这些汽车还可以通过回收制动能量来提高能源利用效率。

此外，燃料电池还可以用于家庭供电。燃料电池发电的效率很高，并且不会产生碳排放。因此，未来家庭用电可能会广泛采用燃料电池，并逐渐取代传统的燃油发电机组。

三、氢能源技术的前景

氢能源技术可以大大降低对环境的污染，符合全球环保的趋势。因此，氢能源技术的前景被普遍看好。在汽车领域，氢气燃料电池汽车能够提供与传统汽车相当的性能，并且相对环保。此外，燃料电池家庭发电具有高效、清洁的特点，可以为家庭提供可靠的电力来源。

随着氢气燃料电池技术的不断提高，氢能源技术在未来可能得到更广泛的应用。在未来，氢能源技术有望成为取代传统化石燃料的主流能源形式之一，从而改变全球能源结构。

四、结论

总之，氢能源技术在全球能源转型、可持续发展方面具有巨大的潜力。目前，氢气燃料电池技术已经有了一定的研究进展，并且在汽车、家庭用电等领域得到应用。未来，氢能源技术可能成为全球能源发展的重要方式之一，促进全球经济的可持续发展。

氢能与燃料电池发展现状及展望

随着能源需求的不断增加、天然气和石油资源的紧缺，氢能与燃料电池技术逐渐引起了人们的关注。氢燃料是一种响应环保、低碳经济的理念，而燃料电池则是一种新型的能源利用方式，其独特的高效、环保、安全优势，在近年来得到了迅猛的发展。

目前，世界各地都在推进氢能与燃料电池产业的研究与发展。在氢能领域，目前主要以氢气为燃料，通过在车辆、船舶、发电厂等领域的应用来推广。在燃料电池方面，研究重点逐渐由低温燃料电池向高温燃料电池转型，并在载运工具、航空宇航、商业与住宅建筑等领域取得了一定的应用。

展望未来，氢能与燃料电池产业有望实现更大的发展。在氢能方面，未来将推动去碳化的过程，探索新型可再生燃料产生氢气，如利用生物质、太阳能和风能等能源，有效减少气候变化和大气污染。在燃料电池方面，则将通过技术创新和产业协同，大力推进高效绿色能源的广泛应用。

总之，氢能与燃料电池不仅是当今社会追求可再生、可持续能源的必然选择，同时也是未来能源发展的重要方向之一。

氢能与燃料电池技术路线图

翻译/杨征、王海龙

工业和信息化部赛迪研究院

译自： Technology Roadmap: Hydrogen and Fuel Cells，June

2015 by International Energy Agency

随着全球工业化进程不断加快，化石燃料消耗量日益增加，对环境造成的污染越来越严重，迫切需要寻找一种作为替代品的清洁燃料。氢的来源丰富，不仅可以由其他能源来生产氢能，而且氢能可以高效地转化为其他形式的能量。作为一种能源载体，氢在交通、工业和建筑等各个领域中都有重要的应用，并且使用氢能可以提高能源系统的灵活性。为此，需要对氢能和燃料电池的关键技术、未来发展方向和重点进行研究。

一、氢能源的重点应用领域

氢能源在国际上广泛应用在交通、工业、建筑等领域，极大丰富了能源构成，降低了传统化石燃料对环境的影响。

（一）交通领域

在交通领域中，用氢燃料电池取代化石燃料给汽车提供动力，能够有效地解决空气污染、噪音污染和CO2排放带来的全球气候变暖等环境问题。

氢燃料优化汽车效率。氢燃料电池电动汽车从本质上讲是一个电动汽车。氢气储存在车上的高压罐内，通过燃料电池将氢能转化成电能给汽车提供动力。能量储存在电池里面，使用电池里的电能可以优化操作效率。由图1可以发现，与内燃机汽车和插电式混合动力汽车相比,氢燃料电池能明显的降低碳排放量，同时其最大行驶里程可以达到纯电动汽车的3倍。

氢燃料电池汽车价格居高不下。2015年，丰田公司宣布最新的氢燃料电池汽车在试运行期价格是6万美元，但是该价格可能主要反映的是客户的支付意愿，而不是生产汽车的成本，因为氢燃料电池汽车目前主要是针对高收入群体和汽车技术爱好者，并且要求在居住地附近有相应的加氢站。到现在为止，只有美国、德国、日本和韩国的部分城市拥有了配套的加氢站。通过表1的汽车动力方案成本之间的对比可以发现，与其他几种汽车供能方式相比，燃料电池汽车的价格虽然目前价格很高，但未来有很大的下降空间，到2050年可以下降到现在价格的55%左右。 降低成本是发展氢燃料汽车的关键。从表2可以看出燃料电池系统的高成本增加了整个汽车的成本，未来的主攻方向是如何在减小成本的同时延长使用寿命。降低燃料电池系统的成本从理论上讲是可行的，并且很大程度上决定了整个汽车的成本。但是高压罐的成本却很难下降，因为高压罐的成本很大程度上取决于昂贵的复合材料，所以目前的研发重点集中在降低高压罐的复合材料成本。电池和电力控制系统的成本随着技术的进步都会有一定的下降，因为材料的限制不会下降得太多，但是高技术的融入会延长电池使用寿命，从而提高整个汽车的使用性能。