单元三 燃料电池汽车发展史

一 燃料电池之父葛洛夫

燃料电池工作原理是水分解为氢气和氧气的逆过程，正是因为工作原理极为简单才导致燃料电池在19世纪就被发明。

自从电被人类发现并投入生活、工业使用，如何低成本且大规模发电，如何认识电就成了几代科学家研究的重点，燃料电池就是其中的一种发电装置。18世纪英国化学家、物理学家卡文迪许发现氢气。随后，1817年英国化学家汉弗里·戴维发现铂的催化作用。

1939年28岁的英国物理学家威廉·葛洛夫在科学杂志上发表了一篇论文，证明了氢氧反应发电原理，并在1942年发表氢氧发电装置草图（图1-20），大意是氢气在铂催化作用下生成氢离子，氢离子通过电解液传输到氧气侧生成水，电子通过外电路传输发电，电流如图1-20中的箭头所示。

因此1939年被视为燃料电池诞生年，威廉·葛洛夫也被视为燃料电池之父。

早在1889年，著名化学家、实业家路德维希·蒙德将电解液由液态硫酸升级为亚液态硫酸，即将片状多孔电极在硫酸溶液中浸润代替液态电解液，这样就使燃料电池结构更为紧凑。

1890年，英国和法国的两个团队在实验室里组装出结构进一步改进的燃料电池，可以产生一定电流，但价格极其昂贵。他们还意识到一个困扰至今的难题——只有贵金属可以催化燃料电池反应。

但是科学界对电子这一概念缺乏认识，甚至在威廉·葛洛夫发现燃料电池时科学界还没发现电子。

接下来，火力发电和蒸汽发电技术逐渐成熟并大规模开始实用，价格昂贵的燃料电池只能退回到实验室研究状态。

二 燃料电池的应用

1.应用于军事

20世纪40年代，英国工程师弗朗西斯·托马斯·培根改用氢氧化钾溶液为电解液，多孔镍作为电极，扩大了适用催化剂的种类，这种设计给燃料电池实用化带来了曙光。当时蓄电池技术不成熟，很容易失火，而燃料电池只要氢气、氧气不接触就很难发生意外，用作隔膜的石棉工艺成熟结构可靠，极大地降低了氢氧接触概率，培根意识到碱性燃料电池将非常适合用于密闭空间，比如潜水艇。随后，培根顺利进入英国海军，直到第二次世界大战结束碱性燃料电池也未能成功应用于潜水艇，但这段工作经历维持了燃料电池研究。1959年培根带领团队制造出功率5kW的燃料电池实用系统，虽然价格依旧较为昂贵，但其特殊的性能已足以引起航空领域知名公司普惠公司的注意。

普惠公司是世界三大航空发动机制造公司之一，主要给民用军用飞机生产发动机，同时是联合技术公司旗下一员，联合技术公司号称“你能在这里找到任何东西”，小到电梯空调，大到火箭发动机、宇航服都能生产，这家公司现在仍在从事燃料电池研发生产工作。20世纪60年代初期，普惠公司希望减轻对军事和航空公司的依赖，打算进入航天、舰船和燃料电池发电领域。在普惠公司注意到碱性燃料电池之前，早在1955年通用电气就已经用磺化聚苯乙烯离子交换膜代替硫酸做电解质，使酸性燃料电池升级为全固态结构，随后他们又发现可以将催化剂铂直接制备到膜上，使燃料电池结构更紧凑。

2.应用于航空工业

20世纪60年代的蓄电池可以满足几天的短途宇航飞行需要，但价格昂贵、极重且体积极大，有时宇宙飞船不得不在飞行途中丢下用完的蓄电池以减轻重量。太阳能电池在没有日光时无法供电，需要与蓄电池配合，而且那时太阳能电池能量转换效率极低，即使宇宙飞船外面铺满太阳能电池板都无法满足需要。那时NASA正在进行双子星计划（图1-21），为之后的载人飞船登月积累经验，NASA需要一种安全稳定、轻便的装置作飞船电源。

相比之下，燃料电池价格比蓄电池便宜，且电池反应是化学反应，不受卡诺循环限制，能量转换效率高达50%～60%，体积小、重量轻，副产物水还可以供宇航员饮用，因此受到NASA青睐。

1961年苏联宇航员尤里·加加林作为进入太空第一人，美国政府倍感压力，生怕在航天竞赛中落后于苏联，于是排除万难开启了“阿波罗计划”（图1-22），美国政府致力于在20世纪60年代的10年内完成载人飞船登陆月球并返回地球，这一计划浩浩荡荡烧掉了240亿美元。

阿波罗1号使用的碱性燃料电池（图1-23），总重100kg，总功率1.5kW，电极面积约700cm2。1968—1972年，12次飞行任务内燃料电池没有出现任何事故，虽然阿波罗1号和13号两次事故都与氧气有关。

在美国、苏联相继在航天领域取得成绩时，中国也在进行“两弹一星”计划，航天相关任务被拆解为无数个子任务由各个科研机构承担。

国内燃料电池在20世纪50年代末期已有研究，为了航天技术发展，中科院大连化学物理研究所朱葆琳先生和袁权院士带领团队开始航天燃料电池系统的研制，历经十年攻关研发出两种航天碱性燃料电池系统，并获得国防科委尖端成果奖，从此又开启了燃料电池在中国的一段故事。

随着太阳能电池、储能电池、核电池等技术的快速发展，燃料电池已经逐步退出航天和部分军事应用，但在民用领域的应用才刚刚开始进入高潮，丰田Mirai燃料电池汽车只是起点。

三 燃料电池汽车的发展情况

据衣宝廉院士介绍，从国际上来看，氢燃料电池汽车发展分为三个阶段。

第一阶段为1990—2005年。1990年美国能源署开始制订氢能和燃料电池研发和示范项目，世界发达国家纷纷加快氢能与燃料电池的研发部署。当时人们对这项技术的攻关难度理解不够，以为燃料电池汽车可能在1995年左右实现产业化，实际上做出的三辆氢燃料电池汽车在试验阶段稳定运行很好，但放在芝加哥上路运行不到一个月就全部垮掉，大家这才意识到燃料电池不适用于汽车的工况。

第二个阶段是2005—2012年。用了7年时间终于解决了燃料电池的工况适应性问题，燃料电池比功率达到了2kW/L，在-30℃也能储存和起动，基本上满足了车用要求。

第三阶段是2012年到现在，丰田燃料电池比功率达到了3.1kW/L，并在2014年12月15日宣布，Mirai氢燃料电池汽车实现商业化，进入了商业推广阶段，其后，本田与现代也推出了燃料电池商业化汽车。因此，从商业化角度，有人把2015年誉为燃料电池汽车元年。

据中国客车网消息，当前国际氢燃料电池汽车的现状为：氢燃料电池汽车已经度过技术开发阶段，进入到市场导入阶段。燃料电池发动机功率密度大幅提升，已经达到传统内燃机的水平；基于70MPa储氢技术，续驶里程达到传统车水平（燃料填充＜5min）；燃料电池寿命满足商用要求（5000h）；低温环境适应性提高，可适应-30℃气候，车辆适用范围达到传统汽车水平。通过技术进步降低成本、批量制造的开发以及加氢站的建设成为下一步研发重心；铂用量的降低，特别是采用非铂催化剂是长期而艰巨的任务。

衣宝廉认为，现在产业化的关键问题是进一步建立生产线、降低成本和加氢站的建设。这是目前全球燃料电池汽车发展的共同问题。从燃料电池发动机来看，它现在可以做到与内燃机互换，就是体积可以跟内燃机进行互换。从寿命来看，大型客车已经达到了1.8万h，小型汽车也超过了5000h，功劳主要是采用了“电-电”混合方式，即二次电池与燃料电池混合驱动策略，使燃料电池在相对平稳状态工作，大幅提高了燃料电池的耐久性。

从成本来看，目前如果按年产50万辆计，燃料电池每千瓦成本大约是49美元，这个价格是可以接受的。业内有种看法是燃料电池汽车受铂（Pt）资源的限制，现在氢燃料电池铂用量国际先进水平能做到0.2g/kW，国内目前水平是0.4g/kW左右，产业化的需求是要降低到小于0.1g/kW。小于0.1g/kW是什么概念？据衣宝廉院士介绍，就是跟汽车尾气净化器用的贵金属量相当，这是需要依靠技术进步逐步实现的。

衣宝廉院士透露，现在国际各大汽车公司竞争的技术水平都是在燃料电池小轿车上体现，而小轿车对加氢站的数量依赖度较高，当加氢站达不到像加油站那么普及时，选择大型客车、物流车或轨道交通车发展是比较实际的做法。也就是对加氢站依赖度越低，越容易首先实现燃料电池汽车产业化，不会让用户产生加氢焦虑。

衣宝廉说，从全球发展来看，燃料电池汽车现在已经进入商业化导入期，当下的焦点就是降低成本和加氢站的建设。燃料电池发动机从性能、体积上可以实现与传统内燃机互换，低温适应性可以达到-30℃，续驶里程可以达到700km，一次加氢时间不超过5min，与燃油车效果完全一样。随着企业界的参与，产品工艺的定型，批量生产线的建立，以及关键材料与部件国产化，相信燃料电池成本会得到大幅度降低。此外，要加大力度推进加氢站的建设，目前，国内一些能源公司、工业副产氢公司及地方政府对加氢站建设表现出了极大的兴趣，纷纷制定规划投入开发，开始从事加氢站的建设，从数量上逐渐满足区域性加氢（如公交运营线、物流区等）需求。

四 世界各国燃料电池汽车发展史

1.奔驰公司甲醇燃料电池汽车发展史

甲醇，又称“木醇”，数千年来，人们通过“蒸馏木材”来获得甲醇这种可以燃烧的液体，可以算是对生物质的“清洁利用”的鼻祖。而甲醇作为一种燃料，最早是在第二次世界大战后期时，德国的原油供应受到限制，需要用一种新的液体燃料来进行替代，当时就对甲醇进行了大量的研究，尤其是甲醇与过氧化氢的混合液，曾经在战斗机上得到应用。甲醇再一次作为燃料进入人们的视野是在20世纪70年代的石油危机以后。当时作为汽车行业的先锋，奔驰公司基于S级轿车平台开发出了一款甲醇内燃机轿车（图1-24）。作为燃料，甲醇受到重视不仅仅限于内燃机，各大主机厂在发展氢燃料电池的过程中，对甲醇的重视度也很高。

1966年的通用汽车的第一台燃料电池汽车（图1-25）Electrovan采用了“碱性燃料电池”，车上携带了氢气罐和氧气罐，从空间布置上来讲，气罐占据的体积比较大。

Necar 1：真正现代意义上的燃料电池汽车搭载PEM质子交换膜的版本算是奔驰公司的Necar车（图1-26）。Necar车有两种诠释法：一个是New Electric CAR，另一个是No Emission CAR，产生这种区别的原因在于是否使用了甲醇作为燃料的来源。Necar系列的车从1994年开始，一共做了5代，和甲醇结下了不解之缘。Necar 1是基于奔驰公司的MB100的小面包平台，后箱内放置30kW的质子交换膜电堆，续驶里程130km，采用高压氢罐，300bar(1bar=105Pa)压力的方式，1994年面世时，揭开了燃料电池研究的序幕。

Necar 2：（图1-27）1996年，将平台换为V系列的平台，这款商务旅行车的车顶被有效利用起来，增加了更多的实用空间。此时，电堆的功率虽然也是50kW，但是燃料电池的系统输出功率已经可以做到45kW，车辆的续驶里程也增加到了250km以上。也正在这一代的产品上，开始意识到，续驶里程方面，储氢罐有较大的局限性。于是在Necar 2的基础上开始进行技术分支，导入甲醇作为氢气的来源。与此同时，也开始计划液氢和纯氢的对比。

Necar 3：在1997年推出的Necar 3基础上（图1-28），奔驰公司率先使用甲醇重整技术，将甲醇重整成为氢气和二氧化碳，将氢气导入电堆发电，氢气即产即用。38L的甲醇箱内的甲醇可以支持这辆A级车行驶300km以上。这辆车的后座部分被用来防止甲醇重整的装置，电堆被布置在底盘之下（图1-29）。

Necar 4：1999年和2000年推出的Necar 4a和Necar 4（图1-30）同样也是和Necar 3一样的平台，一样的车型，但是它们的氢的储存方式不一样。Necar 4a基于液体储氢的思路，配置了压力为9kg，低温储存箱在-200℃多的氢系统。续驶里程达到了450km以上，充分体现了液体氢的优势。一年以后推出的Necar 4a依旧采用高压氢气瓶，在有限的空间里仅能携带2.7kg的氢气，续驶里程仅200km多。此时的电堆技术已经可以发展到了75kW的等级。

Necar 5：最有跨时代意义的是2000年推出的Necar 5，这款车在Necar 3的基础上有了很大的性能提升，尤其体现在“减体积”方面。电堆依旧被布置在地板下，重整器、CO去除装置均被扁平化集成在车底下（图1-31），具备高度的集成化的重整制氢系统，功率达到75kW，续驶里程在400km以上。

2002年5月20日至2002年6月4日，3辆Necar 5从旧金山出发，横跨美国抵达华盛顿，行程达5000km，从海平面到2600多m的高海拔地区，这批车每500多km加注一次甲醇，历时14天，完成了测试。项目负责人Ferdinard Panik当时预测到2010年会有部分车辆量产后租给特定人群。后来定型的F-CELL（图1-32）基于B级的压缩氢气罐类型，共生产了几百台，在德国通过特种租赁的方式进行推广测试。

2.丰田燃料电池汽车发展史

1996年，丰田推出了第一款燃料电池概念车FCHV-1参加了大阪的游行，这是一款改装自RAV4，采用了10kW的PEMFC和金属储氢装置的FCEV，又称EVS13。该车的续驶里程达到了250km。

1997年，丰田紧接着推出了第二款燃料电池车型——FCHV-2。该车同样改装自RAV4，搭载了25kW的PEMFC，并且使用了甲醇重整燃料电池，使其续驶里程达到了500km。

2001年3月，丰田推出了第三款燃料电池车型——FCHV-3。这次丰田不再玩RAV4了，改用汉兰达改装。该车采用了功率高达90kW的PEMFC，依然采用了金属储氢装置。另外，丰田在FCHV-3上使用了镍氢电池作为辅助电池系统，这一设计是参考了普锐斯的动力系统。

2001年6月，也就是推出FCHV-3的三个月后，丰田推出其改进版FCHV-4。该车最大的特点是使用了高压储氢罐的方式储氢，共采用4个25MPa的高压气罐，每个气罐体积达到了34L，此举让FCHV的储氢系统重量减轻了250kg，达到了100kg的级别。由于当时压力较低，FCHV的续驶里程反而减少到了250km。

2002年，丰田推出了在FCHV-4上改进FCHV，得到了日本政府的认证，并开始在日本和美国进行小范围的销售。并且在2005年，丰田的FCHV得到了日本政府的型式认证。

2008年，丰田推出了FCHV-adv，也就是这款车搭载了丰田第二代燃料电池。该车依然是基于汉兰达的平台改装而来，使用了4个70MPa的储氢罐，续驶里程达到了760km。

2015年，大家熟悉的Mirai上线了。10月21日，Mirai开始在加州销售和交付。Mirai是丰田首款量产的氢燃料电池汽车。车如其名，Mirai被丰田汽车视为“未来之车”。在2017年的东京车展上，人们看到丰田推出的新车型包括概念车在内，都是氢燃料电池汽车。迄今为止，丰田混动汽车在全球范围内已经销售了1100万辆。如今，国际车坛把混动技术的普及当作汽车转型入门的开始，即便是插混或纯电动也都离不开以混动为基础。从那时起，福特和宝马也都积极地与丰田寻求这方面的合作引起业界关注。

在试驾“未来”这款车时，体会最深的是不影响传统汽车的驾驶习惯，没有了发动机的声响，开车的静谧性极佳，一次充气（氢），只需3min，就能行驶500km，与传统车加油的时间相当。这款车的售价是多少？如果折合成人民币，也只有40万元左右（723.6万日元）。按照丰田2050战略，HEV、PHEV只是短期目标，而中长期目标则要靠FCV，最终要实现零排放目标。而“未来”的推出，表明丰田这一目标实现已经提前。

尽管“未来”还处在实证实验阶段，但按丰田办事风格来看，一项新的技术和成果不到成熟阶段是不会示人的，就像在中国实施双擎战略，先建研发中心，再国产，而后再上市。事实证明，这种“后发制人”的策略，表明对技术的自信和市场的把握，对前瞻的洞察有充分的准备。尤其是当零差价的双擎（卡罗拉和雷凌）一经问世，就无敌手，一举成为混动市场的标杆。而今，“未来”来了，可以预见，这是继双擎之后零排放的最为理想的终极车。

未来的世界是肯定的，全球主要国家都将使用新能源车，如同各国确定的政策目标时间限制一样，这是确定的大趋势。关键在于，用什么样的技术路径去实现？安邦智库早已警告过，汽车产业政策由中国的汽车行业来制订，自说自话是存在巨大风险的。现在看，这样的风险正在日益转化为不可接受的现实。

在2014年以前，丰田已经在燃料电池领域取得了技术突破，可以使车用燃料电池的成本从100万美元降到5万美元，降幅高达95%！2015年丰田Mirai成为首次投放市场的量产燃料电池汽车。

丰田Mirai的结构（图1-33）与传统的汽油车或纯电动汽车都不一样，如果硬要找出一个类似的结构，可能丰田最畅销的普锐斯跟Mirai会有着一点点相似的结构吧。

Mirai的动力系统即丰田燃料电池堆栈，是以燃料电池堆栈为核心组件的混合动力系统。TFSC没有传统的汽油发动机，也没有变速器，发动机舱内部是电机和电机的控制单元。在驾驶舱底部布置着的燃料电池堆栈是整套系统的核心，在车身后桥部分放置着一个镍氢动力电池组和前后两个高压储氢罐，Mirai加满5kg氢气就可以行驶650km！

3.本田燃料电池汽车发展历史

本田从1999年开始研发燃料电池汽车，在使用巴拉德系统的同时也一直坚持自主研发燃料电池系统。本田的燃料电池汽车被认为可以与丰田的Mirai媲美，与其一直坚持自主研发有着密切联系。国内汽车厂商和燃料电池厂商应当从国外的先进企业中吸取经验。

在日本，除了丰田，本田同样是知名的燃料电池汽车制造商。从1999年开始，本田一直坚持燃料电池汽车的研发，并在1999—2003年间坚持每年推出一款新的燃料电池汽车，每一次都有着明显的进步，并且在2003年的FCX-V4之时，技术参数已经与现在的燃料电池汽车已经非常接近。

但在2003年后本田停止了对燃料电池汽车持续的更新，直到2007年才再次推出了一款燃料电池汽车Clarity，这个名字也一直沿用到现在。2007年之后，本田再次“断更”，直到2016年才重新推出了新的Clarity FUEL CELL。

（1）FCX-V1和FCX-V2

1999年9月6日，本田汽车有限公司先后推出了FCX-V1（图1-34）和FCX-V2，两款由燃料电池驱动的原型车。这两款原型车均采用本田专为电动汽车设计的EV Plus车身，以及本田自己的小型驱动电机和控制系统。其中FCX-V1使用了来自巴拉德的固体聚合物燃料电池（PEFC），输出功率达到了60kW，储氢系统使用了合金储氢罐（La-Ni5）。FCX-V2则使用了本田自产的甲醇重整器和自制的PEFC，功率也是60kW。这两款车均使用了电池作为辅助系统。这是本田燃料电池汽车的原型车。

（2）FCX-V3

2000年9月，本田推出了FCX-V3（图1-35）。经过了一年的时间，FCX-V3最显著的变化是使用了来自Civic GX的25MPa的高压储氢罐。燃料电池系统依然有两个版本，一个来自于巴拉德，另一个则是本田自制。辅助电池系统则由电池换成了超级电容器。V3的续航里程达到了180kW。值得一提的是，FCX-V3参与了美国加利福尼亚州燃料电池合作计划（CaFCP），去加州进行了道路试验。

（3）FCX-V4

2001年9月，本田推出了FCX-V4燃料电池动力汽车（图1-36）。本田对于FCX-V4进行了全新的设计，最值得注意的变化是该车使用了35MPa的高压储氢罐，续驶里程也由180km上升到300km。2002年7月24日，本田FCX成为世界上第一辆获得政府认证的燃料电池汽车。

（4）FCX

2002年9月，本田推出了FCX燃料电池汽车原型车（图1-37），并于2002年12月3日在日本和美国交付首批本田FCX燃料电池汽车。FCX是世界上第一辆获得美国政府批准商业化的燃料电池汽车。

2003年10月，本田推出了配备燃料电池堆桟的FCX（图1-38），这是一款非常紧凑的新一代燃料电池组，具有高性能，可在低温下运行。这是世界上第一个采用冲压金属双极板和新开发的电解质膜的燃料电池系统。由此，其功率提高到了80kW，续驶里程也增加到了450km。本田开始对车辆的冷起动和驾驶性能进行公开测试，以推动燃料电池汽车的更广泛使用。

（5）FCX Clarity

本田在2003年后结束了每年推出一款燃料电池汽车的节奏，直到2007年，本田终于再次发布了新的燃料电池汽车——FCX Clarity（图1-39），这个名字一直沿用到现在。本田于2007年11月在洛杉矶车展上推出了FCX Clarity燃料电池汽车。FCX Clarity是一款全新设计的燃料电池汽车，由本田V Flow燃料电池组提供动力。该车的许多参数已经与现在的燃料电池汽车非常接近，比如燃料电池功率达到了100kW，使用了锂离子电池作为电池辅助系统，使用了35MPa的高压储氢罐。由于使用了众多先进技术，该车的续驶里程达到了620km。当时，本田计划在3年内量产200辆FCX Clarity。

又过了9年之后，本田有2016年3月开始在日本销售全新燃料电池汽车（FCV）CLARITY FUEL CELL（图1-40），也就是我们所熟知的本田FCV Clarity。该车使用了本田自研的燃料电池系统，功率达到了103kW，储氢罐压力达到70MPa，续驶里程高达750km。本田自研的燃料电池系统非常紧凑，前舱就能完全将燃料电池系统完全容纳。

（6）Puyo

在2007年东京车展上，本田推出了一款燃料电池概念车Puyo（图1-41）。有趣的是，该车用操纵杆取代了转向盘，最酷的地方则是该车的车身可以360°旋转，因此该车没有倒车的必要。

4.中国燃料电池汽车发展

我国的氢燃料电池汽车已经进行了十几年的研发，从“九五”开始，现在进入“十四五”。

2008年北京奥运会23辆车，其中3辆大巴，20辆轿车。2009年有16辆车到美国加州进行了试验。2010年上海世博会，一共是196辆燃料电池汽车参加了运营。燃料电池功率是50kW，锂电池的功率是20kW，此外，还参加了新加坡的世青赛。北京奥运会期间在801路公交车上进行了示范运行，燃料电池功率是80kW。

在这之后，上汽进行了2014创新征程万里行，燃料电池汽车、纯电动汽车和插电式混合动力汽车三种车型参加了示范，燃料电池汽车在全国25个城市运行，超越10000km，接受了沿海潮湿、高原极寒、南方湿热、北方干燥的考验。客车方面宇通推出了第三代燃料电池客车，氢燃料加注时间仅需10min，测试工况下续驶里程超过600km，尤其是成本下降了50%。此外，福田燃料电池客车也亮相北京奥运会和上海世博会，近年来技术又得到提升。近期，上海大通V80氢燃料电池版轻客，采用新源动力电堆驱动，最高车速可达120km/h。

国家公布的“中国制造2025”重点技术领域技术路线图中提到，在2025年之前，我国氢能汽车方面的制氢、加氢等配套基础设施基本完善，燃料电池汽车实现区域小规模运行。为了推行氢能燃料电池汽车，国家出台了相应的补贴政策，同时国务院办公厅提出：对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200kg的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400万元。相信沿着这个目标，中国的氢燃料电池汽车，尤其是氢燃料电池客车必定会有一个大的发展机会。

5.五大建议促氢燃料电池汽车产业化

针对中国氢燃料电池汽车发展问题，衣宝廉院士结合多年研发和实践工作，着重讲了他的5个建议，分别是：

（1）实现关键材料的批量生产

希望有志于燃料电池事业的企业家，投资建立燃料电池关键材料与部件的批量生产线，实现燃料电池关键材料与部件的批量生产，建立健全燃料电池的产业链。

（2）提高燃料电池电堆和系统可靠性和耐久性

希望研究车用工况下燃料电池衰减机理的科研单位与生产电堆和电池系统的单位真诚合作，开发控制电堆衰减的实用方法，大幅度提高电堆与电池系统的可靠性与耐久性。

（3）空压机、储氢瓶和加氢站

加快车用燃料电池系统用空压机与70MPa储氢瓶的研发和加氢站建设。加大科研投入，联合攻关；空压机也可采用引进技术，合资建厂。

（4）加速轿车用燃料电池技术的开发

开发长寿命的薄金属双极板，大幅度提高燃料电池堆的重量比功率与体积比功率；开发有序化的纳米薄层电极，大幅度降低电池的铂用量和提高电池的工作电流密度；采用立体化流场，减少传质极化。

（5）加强整车的示范运行与安全实验并扩大燃料电池汽车示范运行

针对国内氢燃料电池汽车市场化上述5个建议，衣宝廉院士详细解释如下：

第一是关于实现关键材料的批量生产。

目前，国产氢燃料电池发动机为什么比国外贵？其中一个因素就是我们的材料都是进口，这些材料包括催化剂、隔膜、碳纸等。其实这方面国内已经取得了一定的研发成果，如国内的催化剂、复合膜、碳纸等从技术水平上已经达到或超过国外商业化产品，急需产业界投入建立批量生产线，实现国产化。

第二是提高电堆与系统的可靠性和耐用性。

现在中国的氢燃料电池汽车整体而言其实不比德国、美国、日本的车差，但可靠性和耐用性还有待于提高。建议研究车载工况下燃料电池衰减机能的科研单位与电堆生产和电池系统的电池生产单位真诚合作。

燃料电池系统的寿命不完全是由电堆决定的，还依赖与系统的配套，包括燃料供给、氧化剂供给、水热管理和电控等，系统内部关系搞不好，电堆在里边生活环境就不好。就像现在国人讲养生，首先是身体基因，更重要的是生活环境、个人保健等一系列事情，电池的寿命也是一样的。

大连化物所在燃料电池衰减机理及控制策略方面已经开展了一些卓有成效的工作。研究表明采用限电位控制策略，可以显著降低燃料电池起动停车、怠速等过程引起的高电位的衰减。采用“电-电”混合策略，可以平缓燃料电池输出功率的变化幅度，对延长燃料电池的寿命起到了决定性的作用。此外，氢侧循环泵、MEA在线水监测等措施可以有效地改善阳极水管理，可以提高燃料电池耐久性。

第三是关于燃料电池系统用的空压机与70MPa氢瓶的研发及加氢站的建设。

这是涉及燃料电池示范运行的一个大问题。希望我国能够加大科研投入，联合攻关。鉴于我国在燃料电池汽车载空压机技术方面比较薄弱，建议采用引进技术与自主开发相结合的方法，尽快推进。高压氢瓶方面，建议尽快建立70MPa IV型瓶的法规标准，氢瓶成本还要进一步降低。加氢站方面，尽管国家有补贴政策，但成本还是比较高，近期，可以根据燃料电池商用车或轨道交通车区域或固定线路运行的特点，建立区域性加氢站，满足示范运行需求，随着燃料电池汽车数量的增大，加氢站也会逐步增多，这是市场发展的必然趋势。

第四，就是加速轿车燃料电池的开发。

商用车看重的是可靠性和耐久性，对质量比功率和体积比功率没有太高的要求；轿车是各大汽车公司比拼的地方，因为车辆内空间有限，轿车要求重量比功率和体积比功率较高。现在都要达到3kW/L以上。大连化物所电堆体积比功率已经达到了2.7kW/L，接近国际先进水平。还要在高活性催化剂、低Pt电极、有序化MEA、3D流场方面做些研究工作。

第五就是加速燃料电池汽车示范及安全实验。

联合国环境开发署三期“促进中国燃料电池汽车商业化发展”示范项目计划在北京、上海、郑州、佛山、盐城5个城市进行燃料电池汽车示范。此外，云浮市也在积极推动示范运行项目，这是好事，但远远不够，还要加大示范力度。

安全性问题是老百姓比较关注的事情。一听说燃料电池带高压氢，大家都害怕。其实氢气比较轻，它的扩散系数是汽油的22倍，氢气漏出来以后很快就向上扩散了，不像汽油，漏出来以后就滞留在车的旁边。汽油着火是围绕车燃烧的，氢气的火是在车辆上方的，所以氢气在开放空间里是非常安全的。但氢气在封闭空间的安全性要引起足够重视，如家用氢燃料电池汽车在车库里，这个车库要加氢传感器，还要加上通风装置。现阶段建议载有氢燃料的车最好露天停放。

总之，我国政府非常重视新能源汽车的发展，燃料电池汽车迎来了好的发展机遇。科研院所与企业界要联合攻关，继续完善燃料电池技术链，发展燃料电池产业链，加快促进我国燃料电池汽车商业化发展。

目前，燃料电池汽车样车开发和示范运行都已证明其技术的可行性，但要达到实用化还面临着很多的挑战，主要为：

（1）燃料电池的寿命需要进一步提高

目前燃料电池的使用寿命只有2000～3000h，而实用化的目标寿命应大于5000h。因此减缓和消除工况循环下材料与性能的衰减、增加对燃料与空气中杂质的耐受力、提高零度以下储存和起动能力等成为研究热点。

（2）燃料电池的成本要大幅度降低

2005年，美国能源部依据现有材料与工艺水平，预测在批量生产条件下燃料电池系统的成本为108美元/kW，到2010年达到的目标成本是35美元/kW。为此需要研究满足寿命与性能要求的廉价替代材料（如超低Pt用量的电极、大于120℃高温低湿度膜等）与改进关键部件的制备工艺，并逐步建立批量生产线。

（3）解决氢源和基础设施问题

结合本地资源情况，选择合适的制氢途径，进行加氢站的建设和示范。同时开展车载储氢材料和储氢方法研究，提高整车续驶里程。