發達國家已經加速了氫燃料電池產業化應用的道路，世界知名汽車公司著手合作進行燃料汽車研發;歐盟各國也紛紛啟動了燃料電池巴士項目;能源供應商也加快了加氫站的建設。然而燃料電池能否真正替代鋰電池，成為新動力的領跑者?燃料電池實現產業化的道路到底有多遠?國家如何促進燃料電池汽車產業的發展?本文對這些題進行了探索和思考。

一、為什么要關注燃料電池

續航里程有限和價格高昂是制約電動汽車商業化發展的最大瓶頸，這二者都與電動汽車的核心部件電池緊密相關。作為一種新的技術產品，燃料電池以其節能、高效、無污染等優點，成為應對全球能源短缺和環境污染的重要選擇之一。

1.諸多優勢集于一身

燃料電池是繼水力、火力、核能之后的第4代發電裝置，具有安全、高效、無污染、適用廣、無噪聲等特點，已成為當今世界能源領域的開發熱點。氫燃料電池，作為發展最好的燃料電池，具備諸多優勢：

轉換效率高，性能優于內燃機。氫燃料電池汽車的發動機綜合效率是內燃機汽車的5～6倍。由于其能量轉換效率高，也能更適應汽車加速和爬坡時的動力需求。另外，據資料顯示，氫燃料電池車充電時間小于8min，單次行駛里程可以達到500～600km，是鋰電池車的3～5倍。

環境親和性，基本實現零排放。氫燃料電池的反應過程都是無污染的水反應，反應過程不產生污染物，同時以易于獲得的氫氣為燃料，廢氣中也不存在污染物，是真正意義上的“清潔能源”。

結構簡單化，供電可靠度高。燃料電池發動機大多數為板狀和管件，結構件構造簡單。同時，電池主要由多個單體燃料電池串聯組成，結構靈活多變，模塊化的設置使得供電系統具有極高的穩定性。

2.技術突破超出原有預期

近年來，燃料電池技術實現了較大突破。制約燃料電池汽車技術實用化的3大難題：耐久性、低溫工作和低成本化，目前已解決前2個。從技術角度看，燃料電池已經具備產業化的能力。具體來看：

耐久性問題已經解決。質子交換膜燃料電池最高壽命可達60000h，小汽車應用壽命達到5000h，大巴車已經完成12000h驗證，滿足10年使用壽命的設計。

低溫工作已經解決。針對各種環境的測試驗證得出，目前豐田的燃料電池可以實現零下30℃的測試。

配套材料逐步升級。目前已進一步減少燃料電池中成本影響最大的催化劑用量;將雙極板板材升級到超薄超輕不銹鋼板;解決了加氫、儲氫裝置安全性問題;并掌握了燃料電池所需高純度氫氣提純技術。

3.外部環境變化帶來機遇

燃料電池汽車市場規模有望爆發。2012年，全球燃料電池系統出貨量約為3萬臺，同比增長約34%。隨著汽車廠商合作加速推廣燃料電池汽車，使其有望在2015-2017年后出現爆發，日韓將成為燃料電池商業化的先驅地區。預計到2025年，全球燃料電池汽車銷量將達到180萬輛，市場規模將達到3329億元。

二、燃料電池實現產業化的影響因素

制約燃料電池商業化發展的最大瓶頸是什么?燃料電池能否真正替代鋰電池，成為新動力的領跑者?燃料電池實現產業化的道路到底有多遠?這些問題值得深思。

1.成本障礙

高成本是制約燃料電池產業化的關鍵因素。燃料電池成本中占比最高的是燃料電池組，其次是氫燃料罐和電池配件。如果未來要實現燃料電池商業化，并與內燃機汽車進行競爭，那么燃料電池組的成本必須下降，其中主要涉及3個關鍵部件的成本，包括：鉑催化劑、電解質膜、雙極板、氫燃料罐和電池配件。

鉑催化劑。現在的燃料電池組都使用金屬鉑作為催化劑，在未來10年內很可能依舊如此。電極載鉑量過高一直是阻礙燃料電池發展的重要因素。鉑金具有稀缺性，而鉑金行業利潤較低、產量不穩定。在這些不利因素的影響下，鉑金的價格未來不會降低。為了降低成本，需進一步降低鉑催化劑的使用量，并尋求廉價的替代催化劑。

電解質膜。現在汽車應用中最常見的質子交換膜是全氟磺酸膜(PFSAs)，這種交換膜具有較強的氧化和還原穩定性。全氟磺酸聚合物通常被稱作納菲薄膜。目前燃料電池所用的納菲薄膜主要依靠進口，其價格在600美元/m2左右。因此，為盡早實現燃料電池產業化應用，降低質子交換膜的價格迫在眉睫。

雙極板。目前質子交換膜燃料電池最常使用的雙極板是不透性石墨材料。主要是由于在燃料電池環境下，石墨的耐腐蝕性能最好，但是其制作成本較高：制造石墨雙極板需經過2500℃以上的石墨化，并需經過多次浸漬、炭化處理以達到不透性。而且由塊狀石墨加工成雙極板，需采用精密的機械加工，加工成本也過高、加工時間長、不易批量生產。因此，需進一步改善替代金屬雙極板的性能，實現制備精度高、成本低、壽命長等需求。

氫燃料罐和電池配件。氫燃料罐的成本較高，從成本和小型輕量化的角度來看，需開發組合使用輕量低成本氫儲藏材料和高壓氫燃料罐。而電池配件方面，也可與純電動汽車和混合動力汽車共同使用其他零部件，從而削減高昂成本。

2.燃料來源

燃料電池的類型有很多，其中氫能燃料電池研發的首要問題，就是解決氫氣來源，也就是如何廉價制氫。傳統工業制氫的方法以化石材料制氫、電解水制氫為主。而隨著對大規模制氫需求的提高，生物制氫、熱化學制氫和太陽光催化光解制氫等方法也獲得廣泛應用。

從成本角度來看，在燃料電池推廣初期，應以分散式制氫為主，可進一步控制成本，且使用便利。但隨著未來燃料電池規模化發展之后，集中制氫的成本和環保優勢將會進一步突出。

3.配套設施

燃料電池汽車的推廣，其中最主要的制約因素是配套設施的缺失，即加氫站的覆蓋率過小，而其高昂的建設成本也使得加氫站的建設只能作為試驗性經營。據統計，2012年全球范圍內新增27個加氫站，加氫站總數達到208個，其中歐洲80個、亞洲49個、北美76個、南美3個，但這些還遠遠不足以滿足燃料電池產業化推廣的要求。

4.儲藏與安全

通常氫氣以3種形態存儲和運輸：高壓氣態、液態和氫化物狀態。短期內，高壓罐儲氫仍是主要氫氣儲存運輸手段。但從長期來看，更需要具備高儲氫容量、高安全性、吸/放氫速率快、長壽命和低成本的儲氫材料。因此，輕質儲氫材料、有機液態儲氫材料等低壓或常壓儲氫材料將成為未來發展的重點。

三、燃料電池加快產業化的對策建議

筆者認為，要加快燃料電池產業化道路，可提高政府對燃料電池技術的研發投入、逐步擴大配套設施建設、加大對氫燃料電池利用的補貼、增強對產業高端人才的引進力度、制定嚴格的氫能安全生產標準。

1.提高政府對燃料電池技術的研發投入

解決燃料電池產業化的問題，首先要解決氫燃料電池的技術瓶頸，以技術進步來降低產業化成本。作為高新技術產業，燃料電池的發展需要相當比例的資金作為科技投入。從其他國家燃料電池發展程度來看，其技術創新的進程與政府政策的投入支持密不可分。因此，政府應進一步加大科技投入，支持燃料電池關鍵技術和共性技術突破。支持相關企業的產學研聯合攻關，加快拉近國產技術與國際先進技術差距，尤其是在質子交換膜技術、催化劑、碳板、膜電極組件等關鍵技術的國產化，安排專項資金支持電池系統開發及關鍵部件技術突破產業化;鼓勵和支持汽車企業積極申報國家級研發項目，并提供專項支持;鼓勵和支持汽車企業將具有自主知識產權的技術創新成果進行產業化應用;同時建立基于“技術鏈”的燃料電池汽車研發和示范推廣產業技術創新聯盟。

2.逐步擴大配套基礎設施建設

基礎配套設施建設不足也是制約燃料電池汽車發展的一大因素。建設加氫站，所需空間較大，并需提前做好環評、安評等工作，可操作性較低，因此，更需要國家和各級政府的大力支持。國家應結合我國能源分布、產業集聚和現有工作重點，加強燃料電池汽車加氫站等配套設施的規劃和建設，將有關配套設施建設納入專業系統規劃，籌劃燃料電池汽車氫氣供給網絡;鼓勵和支持企業參與到加氫站、維修、配件供給等建設中，從點到線、到小區域示范和使用，再逐步擴大、延伸和推廣。

3.提高對氫燃料電池利用的補貼

燃料電池高昂的成本，決定了燃料電池汽車的大規模普及必然需要政府的大力補貼。而國外推行新能源汽車政策的過程中，政府補貼政策占據了較大比例。因此，國家應從投資和消費2個角度，出臺補貼激勵政策，以推動燃料電池的廣泛應用。調整燃料電池汽車財政補貼標準，扶持燃料電池汽車行業的發展;開展燃料電池投資稅減免政策，鼓勵大型國有企業和公司參與，并根據各地實際情況延長投資稅減免時間并增加力度;以燃料電池領域的投資進行企業和個人稅收抵消。同時，推出刺激燃料電池消費的法規和政策，如購買燃料電池汽車，可獲得能源補貼;對加氫站等提供激勵回扣，以促進氫燃料電池汽車的使用和生產。

4.加大對產業高端人才的引進力度

燃料電池技術的發展需要技術人才的支撐。目前我國相關產業的研發人員總數較多，但高端人才缺乏。因此，應加大對加氫站使用、燃料電池汽車維修及管理等方面專業技術人員的培訓;支持有條件的高等院校設立有關氫燃料電池等相關專業;建立企業院士工作站、博士后工作站等平臺，通過招聘、合作等多種方式，確保企業培養和引進各類高端人才;建立國內外優秀人才和資源的合作機制，對高層次人才科技項目提供配套獎勵。

5.制定嚴格的氫能安全生產標準

雖然氫能是綠色能源，基本可以實現零排放，但是在氫能的生產、儲存、運輸及使用過程中，都不可避免地會出現氫氣泄漏等安全問題。因此，應該制定嚴格的安全生產標準。制定氫燃料汽車發展路線圖;加強氫氣運輸設備的制造和使用、加氫站的設計等安全建設工作;盡快健全完善氫能標準化工作;加強與氫安全相關的氫檢測傳感器技術、潛在事故情景處理等技術的研究。