近日，中国氢能联盟战略指导委员会委员，中国工程院院士衣宝廉在氢能产业大会做《燃料电池汽车现状与氢源》主旨演讲。
衣宝廉认为，加氢站的建设费用在1200万~1500万，高压加氢站建设费用达到2000万。如果政府不补贴，加氢站的加氢费用每公斤高达60~70元，只有降到30元以下才能与燃油车竞争。
另外衣宝廉还表示，如果想把燃料电池车做到商业化程度，首先要降低电堆的成本，电堆的成本占燃料电池发动机系统成本的一半左右。
以下为衣宝廉演讲精选内容：
2020年习总书记在七十五届联合国大会上，宣布了我国的双碳目标，二氧化碳排放力争于2030年达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。要实现3060碳达峰碳中和目标，必须大力发展可再生能源。利用可再生能源电解水制备绿氢，既可实现储能和可再生能源的再分配，还可以实现难于脱碳领域（交通、冶金、建筑等领域）的脱碳。
燃料电池的产业化是氢能应用的突破口，我们要坚持自主创新，突破卡脖子技术，实现关键材料与部件的批量生产，大幅度降低燃料电池车、加氢站建设和氢源的成本，尽快实现燃料电池汽车的产业化。
燃料电池的发电原理是电化学，是由电解质膜、电催化剂、扩散层和双极板构成，燃料电池系统的工作方式与内燃机类似都需要构成一个系统，燃料电池堆是发电的核心，还需要供给氢气、空气，同时实现水热管理和电的控制。
将燃料电池发动机装到车上，就是用氢瓶代替油箱，用燃料电池发动机代替内燃机，好处是尾排仅仅是水。
燃料电池比能量高，特别适合长途车和重载车。燃料电池车的优点，比能量可以达到每公斤0.5~1.0千瓦时，是锂离子电池的2~3倍。电堆与氢罐是分开的，发动机是比较安全的，不会产生燃烧和爆炸。现在全世界有近7万辆燃料电池车，中国有1.2万辆燃料电池车在运行，没有一辆燃烧或爆炸。
在极寒条件下，氢燃料电池车行驶里程不打折扣，废热还可以为车供暖，没有里程焦虑。
氢燃料电池车的续驶里程、加氢时间、驾驶舒适性均可与燃油车媲美，驾驶员开车习惯不必改变。
为什么不能产业化呢？还存在什么问题呢？
因为燃料电池发动机比较贵，导致燃料电池车的售价是燃油车的2倍多。如果是重载车，能达到燃油车3倍，锂离子电池车的1.5倍。加氢站的建设费用在1200万~1500万，高压加氢站建设费用达到2000万。如果政府不补贴，加氢站的加氢费用每公斤高达60~70元，只有降到30元以下才能与燃油车竞争。因此要实现无补贴的燃料电池车商业化，必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气的成本，同时降低加氢站的建设费用。
国家出台了燃料电池汽车示范城市群计划，每个示范城市群至少示范1000辆车，单车行程大于3万公里，加氢站15座。国家以奖带补，奖励在18亿左右。
我们要想把燃料电池车做到商业化程度，首先要降低电堆的成本，电堆的成本占燃料电池发动机系统成本的一半左右。
降低电堆的成本有三方面的工作
第一，提高电堆的比功率，降低铂用量。
第二，突破卡脖子技术，实现关键材料：电催化剂、质子交换膜、双极板、膜电极与电堆和关键部件（如空压机等）的批量生产。
第三，依据工况和电堆适宜运行条件制定控制策略，确保电池系统的可靠性和耐久性。
提高电堆的比功率，要降低欧姆极化、化学极化、传质极化三个极化。
燃料电池降低成本有两种途径
第一个途径是提高电堆的比功率。“九五”开始时，我们的电堆每平方厘米500毫安，到了“十一五和十二五”提到1安培，到“十三五”提到1.5安培到2安培，电堆的成本下降了1倍多。现在我们希望减少氧的传质阻力，同时把电堆的工作电流密度提4到5安培，即把电堆的成本再降一半，由现在的1000-1500元降到500-750元。
另外一个途径是实现关键材料与部件的批量生产。据美国能源部测算，如果燃料电池产量达到1万辆的时候，成本能降到50%~60%。到2025年，如果既把电流密度提高，又实现了批量生产，电堆费用就可以降到500元以下，发动机的系统成本可以降到1000元以下。
把燃料电池发动机装到车上，是按工况运行的。工况导致了电堆衰减，所以上世纪末运行的三台大巴，寿命不到1个月，主要是由工况导致的电流波动、电压波动、温度波动、湿度波动、压力波动，加载、降载、停车、低温停放和启动导致电堆衰减很快。通过20多年的研究，在克服动态工况方面已取得了突破，快速加载方面，采用混合动力，同时限制高电位，解决启动与停车、氢腔积水、低温储存和启动等问题，所以燃料电池能在近似稳定的条件下运行，寿命已经达到了1.8万小时；下一步还要进一步改进燃料电池电堆的气体分配，提高单电池的一致性，将寿命提到3万小时，满足重载车的要求。
要进一步提高燃料电池发动机的性能，有三方面的工作建议
第一方面，改进组装工艺，大幅度提高电堆一致性，让电堆在更高的电流密度下稳定工作，进而大幅度提高电堆的比功率，让同一电堆输出更多功率，达到大幅度降低电堆成本。
第二方面，研发抗毒的氢氧化电催化剂，让燃料电池可以用粗氢做燃料（即可以用副产氢做燃料），大幅度降低燃料电池车运行成本，达到能与燃油车或锂离子电池车运行成本竞争。
第三方面，依据应用基础研究结果，改进电池系统与控制策略，提高燃料电池系统在工况运行下的可靠性与耐久性，达到保质期的要求。
目前氢气的生产方式主要有三种，副产氢、化学燃料制氢和可再生能源电解水制氢。几种电解水制氢技术的特点比较而言，第一种是碱性电解，第二种是质子交换膜电解，第三种是固体氧化物电解。固体氧化物电解在研发阶段，电耗最低，但需要用热能补偿部分电解所需能量。碱性电解现在发展得最好。质子交换膜正在进行兆瓦级的实验。大连化物所从做燃料电池开始就同时在做电解水制氢工作，曾经获过大连市的一等奖。
氢气储运有三种方式，最有效的方式是将氢送入天然气管网进行运输，或用纯氢管网，也可以将氢气液化用槽车运氢，或将氢储存在绿氨、绿色甲醇、有机储氢材料、固体储氢材料中运输。我建议利用三北丰富的水电、风电、太阳能发电，大力发展PEM电解水制氢，输入天然气管网，在需要氢气的地方，当氢浓度高时（如大于5%），可采用膜分离器从天然气和氢混合物中提取纯氢，当纯度低时，可抽取等热值天然气进行重整制氢。近海地区发展海上风电、电解水制氢，利用纯氢管道输送到海港，将氢液化作为商品可用列管车送至附近的加氢站。
这里值得一提的是，我们国家的加氢站是世界第一，建议能够建设油、氢、电合建站，来降低加氢站的成本。
结语
一是实现燃料电池关键材料和部件国产化、批量生产，同时提高电堆的比功率，就可以大幅度降低燃料电池发动机成本，进而降低燃料电池车的成本。靠技术创新，提高工作电流密度和简化系统，采用超低铂有序化电极大幅度降低铂用量，将燃料电池车的成本降到锂离子电动车水平。
二是大力发展可再生能源，电解水制备绿氢，采用天然气或纯氢管网输送氢气，研发并使用抗毒氢氧化电催化剂，加氢站氢源成本降至30元/公斤以下，燃料电池车的运行费用就可以和燃油车相竞争。
第三是实现高压储氢瓶和加氢机等国产化和批量生产，建油、氢、电合建站，就可大幅度降低加氢站的费用。在加氢站达到一定的密度，再示范商业化乘用车。
