燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告
日期：2025-01-08 08:57:43 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：4352013年6月末，聯(lián)合國(guó)工作組會(huì)議上，來(lái)自日本、美國(guó)和歐盟等33個(gè)國(guó)家和地區(qū)的業(yè)界代表正式達(dá)成協(xié)議，制定出燃料電池車安全標(biāo)準(zhǔn)最終統(tǒng)一方案。按照該標(biāo)準(zhǔn)，車內(nèi)用于燃料電池排水的排水管內(nèi)氫氣濃度不得超過(guò)4%。同時(shí)必須配備安全裝置，以在管內(nèi)氫氣濃度達(dá)到4%后，阻止氫注入，防止爆炸。此外，在耐久性方面，要求容器在承受2萬(wàn)2千次提高或降低內(nèi)部壓力后也不發(fā)生變形。這樣將能夠保證即使在糟糕的情況下，氫燃料電池車也不會(huì)像人們所擔(dān)心的那樣容易發(fā)生爆炸。
2013年7月初，美國(guó)威斯康辛大學(xué)的研究人員制造出一種新的二硫化鉬結(jié)構(gòu)，其可以顯著為水制氫反應(yīng)提速，有望替代燃料電池車昂貴的鉑，大幅降低成本。一直以來(lái)，水制氫反應(yīng)中的常用催化劑為罕見(jiàn)且昂貴的鉑。兩則新聞并不起眼，但因?yàn)橛嘘P(guān)氫燃料的商業(yè)化使用而逐漸成為業(yè)內(nèi)焦點(diǎn)。在混合動(dòng)力還未大行其道、電動(dòng)車仍在尋求突破的階段，以氫氣為代表的燃料電池車再次走入業(yè)界視線，受到來(lái)自市場(chǎng)越來(lái)越多的目光聚焦。
什么是燃料電池
氫燃料電池汽車和普通電動(dòng)汽車有基本一致的電力驅(qū)動(dòng)構(gòu)造;它們之間的主要區(qū)別在于，前者的電池是一個(gè)小型發(fā)電設(shè)備--依靠氫和某種氧化物的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電能，而無(wú)需從電網(wǎng)充電。相較于傳統(tǒng)電動(dòng)車，燃料電池車可以改善傳統(tǒng)電池過(guò)重、電能容量不足及長(zhǎng)時(shí)間充電的缺點(diǎn)，行駛里程更長(zhǎng)，燃料電池的發(fā)電過(guò)程可視為水電解的逆反應(yīng)，發(fā)電過(guò)程中只有水份的排放，因而是清潔的動(dòng)力能源。
氫燃料汽車有更長(zhǎng)的歷史。早在19世紀(jì)初，就已經(jīng)出現(xiàn)了利用汽油內(nèi)燃機(jī)工作原理試制的氫內(nèi)燃機(jī)，因?yàn)閮烧吖ぷ髟砘鞠嗤汃R和馬自達(dá)公司都開(kāi)發(fā)過(guò)多款氫內(nèi)燃機(jī)汽車。其中, 寶馬在2007年推出的BMW H2R被視為經(jīng)典氫能賽車。而當(dāng)前的氫燃料電池汽車則是起源于上世紀(jì)六十年代，被認(rèn)為更具技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。一度被業(yè)界寄予厚望。
近幾年隨著電動(dòng)車的興起，加上氫燃料電池車在開(kāi)發(fā)上遇到成產(chǎn)成本高、燃料儲(chǔ)存難、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等困難，燃料電池車逐漸受到冷遇，各汽車廠商紛紛轉(zhuǎn)而押寶電動(dòng)EV。寶馬公司氫動(dòng)力7系早前已經(jīng)上市，但在09年，寶馬當(dāng)時(shí)的研發(fā)總監(jiān)KlausDraeger表示將放棄在氫能源驅(qū)動(dòng)汽車的研發(fā)，將重心轉(zhuǎn)移到純電動(dòng)車上;而在2011年美國(guó)奧巴馬政府宣布將停撥氫燃料電池汽車的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。
如今，情況有了變化。隨著氫氣提取、儲(chǔ)存技術(shù)的不斷提高和燃料電池安全標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，再加上EV電動(dòng)車市場(chǎng)銷售受挫以及相關(guān)技術(shù)瓶頸有待突破，以氫氣為代表的燃料電池汽車是否能再度發(fā)力，迎來(lái)發(fā)展春天?
現(xiàn)代不落后
2013年3月7日，韓國(guó)蔚山港，現(xiàn)代汽車將17輛途勝ix氫燃料電池車裝載到了貨輪上。其中15輛運(yùn)往丹麥，2輛運(yùn)往瑞典。據(jù)現(xiàn)代汽車介紹，這些車已于今年4月正式在歐洲政府及公共機(jī)關(guān)交付使用。而在此之前的2013年2月26日，隨著現(xiàn)代汽車ix35燃料電池車批產(chǎn)型號(hào)在韓國(guó)蔚山工廠下線，現(xiàn)代成為全球首個(gè)批量生產(chǎn)氫燃料電池車的車企。
現(xiàn)代公司介紹，途勝ix氫燃料電池車搭載現(xiàn)代汽車單獨(dú)開(kāi)發(fā)的燃料電池系統(tǒng)和儲(chǔ)氫系統(tǒng)。氫燃料罐的填充壓力高達(dá)70MPa，兩個(gè)氫燃料罐分開(kāi)設(shè)置于車輛后方，重量為5.6kg，填充一次的續(xù)航距離為594公里，行駛里程是純電動(dòng)車的近4倍。現(xiàn)代汽車從1998年開(kāi)始著手研發(fā)氫燃料電池車，2000年11月發(fā)布以勝達(dá)為型號(hào)的氫燃料電池車，2006年開(kāi)發(fā)成功途勝氫燃料電池車?，F(xiàn)代汽車計(jì)劃到2015年共生產(chǎn)1000臺(tái)ix35燃料電池車。
強(qiáng)大的豐田
而作為新能源汽車市場(chǎng)佼佼者，在純電動(dòng)以及混合動(dòng)力領(lǐng)域占有優(yōu)勢(shì)的日系廠商同樣保持著對(duì)氫燃料電池車的積極研發(fā)和優(yōu)勢(shì)話語(yǔ)權(quán)。在今年3月初的第九屆東京國(guó)際氫燃料電池展上，以豐田、本田、日產(chǎn)等為代表的汽車廠商展示了豐田FCHV-adv、日產(chǎn)X-TRAIL FCV、本田FCX Clarity等日系FCV(燃料電池汽車)的研發(fā)成果。FCV取代EV(電動(dòng)車)成為本屆新能源汽車展的新亮點(diǎn)，有分析人士則認(rèn)為，這表明接下來(lái)燃料電池技術(shù)將成為新能源汽車的又一發(fā)展方向。
早在兩年前的2011日本東京車展上，豐田在全球首次公開(kāi)了轎車款燃料電池車(FCV)"FCV-R"。FCV-R配備70MPa的高壓氫燃料罐。兩個(gè)形狀各異的燃料罐分別配備在后座下方和后座背面下方。氫氣填充量約為5kg，在JC08模式下可以實(shí)現(xiàn)700km以上的行駛距離。雖然還是概念車，不過(guò)當(dāng)時(shí)的豐田代表董事副社長(zhǎng)內(nèi)山田竹志介紹說(shuō)"這是我們基本會(huì)按照這一概念開(kāi)發(fā)的車輛，我們將于2015年前后上市轎車款FCV"。
豐田當(dāng)時(shí)并沒(méi)有公布燃料電池組的輸出功率。關(guān)于將減速能量再生充電的充電電池，該公司表示"還在探討是采用鋰離子充電電池還是采用Ni-MH充電電池。電池容量原則上與混合動(dòng)力車(HEV)同等級(jí)別"。而去年9月24日的技術(shù)說(shuō)明會(huì)上，豐田則公開(kāi)了為預(yù)定2015年上市的燃料電池車(轎車款)正在開(kāi)發(fā)的燃料電池組。
豐田技術(shù)人員在場(chǎng)介紹稱"輸出功率密度達(dá)到了3kW/L，目前為全球最高"。與豐田的現(xiàn)有燃料電池組"FCHV-adv"相比，該產(chǎn)品的輸出功率密度提高到了兩倍以上，容積縮小到了約一半左右，去掉了燃料電池組曾經(jīng)必不可少的加濕模塊，還實(shí)現(xiàn)了氫燃料罐的自產(chǎn)。
豐田稱，對(duì)提高輸出功率密度最具效果的是電極形成技術(shù)。其中數(shù)μm粒徑的鉑類催化劑無(wú)需凝結(jié)即可涂布的工藝貢獻(xiàn)巨大"。從調(diào)配到涂布，都做了切實(shí)的改進(jìn)"。據(jù)稱是用噴霧器將其涂布在支撐體上而實(shí)現(xiàn)的。
而來(lái)自豐田的最新消息顯示其外形酷似普銳斯的氫燃料電池(hydrogen fuel cell) 車的量產(chǎn)版很可能將于今年年底11月份的東京車展發(fā)布。它的價(jià)格可能在7萬(wàn)美金左右，約合人民幣43萬(wàn)。也有消息人士指出，此次豐田要在美國(guó)銷售的氫燃料電池轎車很可能采用雷克薩斯的品牌。
美日合作
7月2日，本田負(fù)責(zé)燃料電池車開(kāi)發(fā)的常務(wù)執(zhí)行董事福尾幸一就該公司與通用汽車在FCV領(lǐng)域的合作一事向外界作出說(shuō)明。福尾表示，普及FCV的"目標(biāo)十分遙遠(yuǎn)，還有很長(zhǎng)的路要走"。兩公司將各自提供一半的開(kāi)發(fā)費(fèi)用與研發(fā)人員，"長(zhǎng)期致力于這項(xiàng)工作"。而對(duì)于混動(dòng)汽車的大行其道，福尾則表示;"FCV在本田長(zhǎng)期戰(zhàn)略中的重要性不會(huì)改變，今后的開(kāi)發(fā)人員也不會(huì)減少。"
本田與通用的合作內(nèi)容包括，以2020年前后實(shí)現(xiàn)FCV的實(shí)用化為目標(biāo)，聯(lián)合開(kāi)發(fā)新一代燃料電池系統(tǒng)和儲(chǔ)氣系統(tǒng)，并共同致力于氫氣基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及標(biāo)準(zhǔn)化。本田表示，雙方"將相互公開(kāi)各自擁有的技術(shù)，建立起能使技術(shù)人員開(kāi)放討論的體制"。通用汽車從2007年開(kāi)始在北美實(shí)施"Project Driveway"實(shí)證實(shí)驗(yàn)，使用119輛FCEV累計(jì)行駛了約480萬(wàn)公里。該公司還計(jì)劃另行發(fā)布FCEV的生產(chǎn)計(jì)劃。
本田從2002年開(kāi)始在日本和美國(guó)租售"FCV"，加上"FCX Clarity"，此前已在日本和美國(guó)銷售了85輛FCEV，并收集了行駛數(shù)據(jù)。本田還在美國(guó)向普通客戶租借FCEV，用以積累實(shí)際生活中普通用戶的實(shí)用性方面的數(shù)據(jù)。日前，本田公司則宣布將于2015年在歐洲推出FCX Clarity的后續(xù)車型FCEV。
前段時(shí)間，本田還宣布已經(jīng)在日本福岡縣北九州市啟動(dòng)了由燃料電池車(FCV)向住宅供電的實(shí)證試驗(yàn)。該公司開(kāi)發(fā)出了配備最大輸出功率為9kW的外部供電功能的FCV"FCX Clarity"，已于2013年4月9日交付北九州市。這是日本首次在"V2H"(Vehicle to Home，由汽車向住宅供電)的試驗(yàn)中使用FCV。FCX Clarity配備容量為17L的35MPa高壓氫燃料罐。
聯(lián)盟開(kāi)發(fā)
早在2005年，日產(chǎn)汽車就宣布其燃料電池車"X-TRAIL FCV"已于當(dāng)年12月13日獲得了日本國(guó)土交通大臣的認(rèn)定。"X-TRAIL FCV"配備有日產(chǎn)自主開(kāi)發(fā)的燃料電池組。電池組的體積減少了約60%，發(fā)電能力則提高到90kW，最高速度達(dá)到了150km/h。儲(chǔ)氫罐容量減小15%，但由于提高了燃料電池系統(tǒng)的效率，其連續(xù)行駛距離由350km提高到370km以上。而其最新推出的日產(chǎn)"X-TRAIL FCV"則采用氫燃料電池驅(qū)動(dòng)，除氫燃料電池外，還裝備了高壓氫容器、小型鋰離子電池、減速機(jī)一體型同軸電機(jī)。
日產(chǎn)公司已開(kāi)發(fā)出了輸出密度為2.5kW/L 的燃料電池組。2013年2月1日又新設(shè)了"FCEV開(kāi)發(fā)推進(jìn)室"。此前FCV的開(kāi)發(fā)由純電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)部門負(fù)責(zé)，日產(chǎn)現(xiàn)在將其獨(dú)立出來(lái)，以求盡快向市場(chǎng)投放FCV。而在此稍早的1月28日，日產(chǎn)- 雷諾公司與戴姆勒、福特公司簽署了一份三方合作協(xié)議，結(jié)成戰(zhàn)略合作關(guān)系，共同加快燃料電池汽車技術(shù)的商業(yè)化，聯(lián)合開(kāi)發(fā)一款通用燃料電池系統(tǒng)，并計(jì)劃于2017年推出第一款FCV，并且將共用部件來(lái)降低成本，盡快實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)普及。
德國(guó)人來(lái)了
奔馳母公司戴姆勒所擁有的以氫為燃料作為動(dòng)力的汽車技術(shù)被業(yè)界認(rèn)為是該領(lǐng)域最為先進(jìn)的，戴姆勒的氫燃料推進(jìn)系統(tǒng)也已經(jīng)做好了投入批量生產(chǎn)的準(zhǔn)備。它已經(jīng)與天然氣生產(chǎn)商Linde進(jìn)行合作，將在德國(guó)建設(shè)20處氫氣灌注站。
2013年1月24日，寶馬公司與豐田公司也宣布了在FCV方面的合作，這兩家公司計(jì)劃將于2020年左右推出燃料型汽車。協(xié)議涉及豐田汽車將燃料電池技術(shù)的特許權(quán)給予寶馬汽車公司，并為寶馬提供傳動(dòng)系統(tǒng)以及氫儲(chǔ)存技術(shù)。寶馬汽車公司將利用這一技術(shù)將在2015年前研發(fā)出一款搭載氫燃料電池的新車型，并計(jì)劃在2020年投放市場(chǎng)。
此前，寶馬曾宣布暫停氫燃料汽車的開(kāi)發(fā)。而在不久前BMW i3電動(dòng)車全球首發(fā)后，其最新的動(dòng)作是宣布加入開(kāi)發(fā)氫燃料電池的行列。8月2日，BMW(寶馬)的首席執(zhí)行官Dr.NorbertReithofer證實(shí)了BMW集團(tuán)正在探索將氫燃料電池應(yīng)用在電動(dòng)車上的可能性，他提到"正在開(kāi)發(fā)氫燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)"，因?yàn)槭褂萌剂想姵貙⒖梢源蠓臏p少傳統(tǒng)電動(dòng)車充電的時(shí)間，并且在零排放的情況下獲得更長(zhǎng)的巡航距離。
燃料電池的燃料
富士經(jīng)濟(jì)公司統(tǒng)計(jì)顯示，燃料電池車的全球市場(chǎng)規(guī)模在2013年尚不足億元，而到2025年有望猛增至1800億元左右，潛在市場(chǎng)空間較大。這也正是各汽車廠商競(jìng)相下注的重要?jiǎng)恿?。但各開(kāi)發(fā)廠商需要解決的第一個(gè)問(wèn)題是：車輛開(kāi)發(fā)成本的高企不下，直接導(dǎo)致車輛市場(chǎng)價(jià)格的偏高。盡管在制氫技術(shù)方面已經(jīng)有所突破，但離其真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，減少制造成本還有一段距離。
以目前全球最先量產(chǎn)的現(xiàn)代ix35燃料電池車為例，其制氫成本大約為汽油成本的2至4倍。目前，現(xiàn)代汽車每輛氫燃料車的生產(chǎn)成本約為1億韓元(約合55萬(wàn)人民幣)，現(xiàn)代公司期望能將該車生產(chǎn)成本減半至44700美元(約合人民幣28萬(wàn)元)。
燃料電池汽車也面臨著另外一個(gè)尷尬的境地，即消費(fèi)者關(guān)心燃料灌注網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模普及時(shí)間，而基建投資者卻在等待燃料型汽車全面普及。對(duì)于各汽車巨頭的強(qiáng)強(qiáng)合作，有業(yè)內(nèi)分析師則指出，這些合作并不單單是車輛開(kāi)發(fā)。更深一層的目的是敦促各國(guó)政府全面構(gòu)筑普及FCV不可或缺的加氫設(shè)施。每座需要數(shù)百萬(wàn)美元的加氫站的普及是開(kāi)發(fā)FCV的汽車廠商最大的障礙。