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阻碍中国燃料电池发展的“三座大山”

导读: 总理参观丰田,就像信号一般,给燃料电池技术提振了士气。各界纷纷加大对燃料电池技术的重视。

总理参观丰田,就像信号一般,给燃料电池技术提振了士气。各界纷纷加大对燃料电池技术的重视。

燃料电池,是一种古老的电池技术。如果仔细追溯,其历史比铅酸电池还要久远。从分类上,燃料电池分成碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)等等。在车上使用的主流技术,为质子交换膜燃料电池,以下简称PEMFC。

质子交换膜燃料电池模拟图

与其说燃料电池是电池,不如说燃料电池更像一台发电机。所以也有人说燃料电池是即水力发电、火力发电、核电之后的第四代发电系统。补充氢气,即可续航,这和现在的燃油车加油的形式非常类似。因此,在形式上,相比锂离子电池,燃料电池用于新能源汽车更加合适。

根据“第三代燃料电池技术”的要求,燃料电池电堆的功率密度要达到3.1kW/L,功率要求达到110kW以上,寿命达到5000小时……要在量产的前提下达到指标要求,难度相当大。有人说制约国内燃料电池技术发展的是关键材料,我同意,有人说制约国内燃料电池发展的是加工工艺,我也同意,但是,除此以外,让我分享一下我心中燃料电池技术的三座大山吧。

第一座大山:氢偏见

氢气,是一种易燃易爆的气体,这是大部分人的认识。实际也是这样,氢气的爆炸极限是4%到74%,非常宽泛。除此之外,氢气管道还有一个特别危险的现象:氢脆。氢脆可以认为是氢气对钢材的一种腐蚀,导致表面出现裂纹甚至断裂。

这让大家有点闻氢色变。

德国PO公司生产的高压氢气罐

但是,我想问大家一个问题:氧气瓶是否安全?

以下一些关于氧气可能造成的伤害:

氧气是强氧化剂,增加氧的纯度和压力会使氧化反应显著地加剧。物质的燃点也会随着氧气压力的增加而降低。

当压缩纯氧与矿物油、油脂或细微分散的可燃粉尘(炭粉、有机物纤维等)接触时,由于剧烈的氧化升温、积热而能够发生自燃,构成火灾或爆炸的条件。

氧气几乎能与所有可燃性气体和蒸气混合而形成爆炸性混合物,这种混合物具有较宽的爆炸极限范围,多孔性有机物质(炭、炭黑、泥炭、羊毛纤维等)浸透了液态氧(所谓液态炸药),在一定的冲击力下,就会产生剧烈的爆炸。

一瓶氧气的安全隐患,也许并不比一瓶氢气小,但是对于氧气的态度,我们似乎宽容的多。一些地方,使用氧气的审批流程,也相对简单。

谈氢色变的背后,也许隐藏着一种对氢气认识上的“偏见”。

第二座大山:氢产业链

日本,丰田Mirai的故乡。以目前看,说Mirai是当前最好的燃料电池汽车,也不为过。为什么它在日本诞生?我相信一点,一个地区,使用什么样的能源形式,与当地的能源结构,有非常密切的关系。

丰田Mirai

根据《第三次工业革命》一书中的观点,氢能是未来五大能源支柱之一。这对当今的能源结构,是一场颠覆式的革命。需要重构一条极长的产业链条:氢气的获得、提纯,储运、加氢终端的建设等等。

有人说,国内发展氢能,有得天独厚的优势,可以和太阳能、风电这些可再生能源结合,提高可再生能源的利用率。也有说,可以利用石化领域副产氢,再提纯,降低制氢成本。

这些都是好想法。但是可再生能源的发电成本并不是零,而各个石化企业的副产氢,也大概都有自己的使用场景。所以,仅氢源一项,要找到一条可行的路径,便需要大量的工作。

这就会有一个问题,是先有蛋,还是先有鸡?是先打造氢产业链,还是先开发燃料电池技术?

上海安亭加氢站

如果把能源,分成生产、储运、消费、再生四个环节的话,那么新能源汽车只是消费环节之中一个要素。如果仅以新能源汽车来影响能源四环节的结构,既动力不足,又有极大的风险。因此,真正要打造氢产业链,绝不是建几个加氢站这么简单,要在整体能源结构上进行调整。

第三座大山:氢人才

2015年,燃料电池技术开始回暖,2017年,燃料电池技术爆发式增长。从业者的薪水,也是水涨船高。

这背后隐藏着一个原因:燃料电池技术人才在当下高速发展的前提下,储备不足。

一个原因,国内培养燃料电池人才的高校,主要有大连化学物理所,武汉理工大学,同济大学,上海交大等等。每年毕业生(研究生以上)数量相比高速发展的行业,非常有限。而应届毕业生,也因为缺少实际的工程经验,和企业对人才的要求有一些差距。

另一个原因,早年燃料电池从业者,因为行业下行,其中一些已经转入锂电池、液流电池等相关行业。去年,我曾在北京的一家测试设备实验中心中,见到了一位实验室主管。她曾经是一名燃料电池行业的从业者,2011年,离开了燃料电池行业。

相比技术的投入,人才培养更需要时间。无人可用,确实是目前燃料电池企业的尴尬之处。而按照目前的发展势头,这样的局面会在一定时期内一直存在。

资本可以帮助企业、行业发展,但是上述三座大山,资本便无能为力了。燃料电池能走到哪里,现在很难说。我们能做的,只有静心观察。


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