燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告
日期：2024-10-16 05:15:05 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：4352013年6月末，聯(lián)合國工作組會(huì)議上，來自日本、美國和歐盟等33個(gè)國家和地區(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，水制氫反應(yīng)中的常用催化劑為罕見且昂貴的鉑。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，受到來自市場越來越多的目光聚焦。
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)電池過重、電能容量不足及長時(shí)間充電的缺點(diǎn)，行駛里程更長，燃料電池的發(fā)電過程可視為水電解的逆反應(yīng)，發(fā)電過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?。寶馬和馬自達(dá)公司都開發(fā)過多款氫內(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)和市場優(yōu)勢。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，迎來發(fā)展春天?
現(xiàn)代不落后
2013年3月7日，韓國蔚山港，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)型號在韓國蔚山工廠下線，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?，F(xiàn)代汽車從1998年開始著手研發(fā)氫燃料電池車，2000年11月發(fā)布以勝達(dá)為型號的氫燃料電池車，2006年開發(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佼佼者，在純電動(dòng)以及混合動(dòng)力領(lǐng)域占有優(yōu)勢的日系廠商同樣保持著對氫燃料電池車的積極研發(fā)和優(yōu)勢話語權(quán)。在今年3月初的第九屆東京國際氫燃料電池展上，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，不過當(dāng)時(shí)的豐田代表董事副社長內(nèi)山田竹志介紹說"這是我們基本會(huì)按照這一概念開發(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)同等級別"。而去年9月24日的技術(shù)說明會(huì)上，豐田則公開了為預(yù)定2015年上市的燃料電池車(轎車款)正在開發(fā)的燃料電池組。
豐田技術(shù)人員在場介紹稱"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7萬美金左右，約合人民幣43萬。也有消息人士指出，此次豐田要在美國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明。福尾表示，普及FCV的"目標(biāo)十分遙遠(yuǎn)，還有很長的路要走"。兩公司將各自提供一半的開發(fā)費(fèi)用與研發(fā)人員，"長期致力于這項(xiàng)工作"。而對于混動(dòng)汽車的大行其道，福尾則表示;"FCV在本田長期戰(zhàn)略中的重要性不會(huì)改變，今后的開發(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"將相互公開各自擁有的技術(shù)，建立起能使技術(shù)人員開放討論的體制"。通用汽車從2007年開始在北美實(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年開始在日本和美國租售"FCV"，加上"FCX Clarity"，此前已在日本和美國銷售了85輛FCEV，并收集了行駛數(shù)據(jù)。本田還在美國向普通客戶租借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日獲得了日本國土交通大臣的認(rèn)定。"X-TRAIL FCV"配備有日產(chǎn)自主開發(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開發(fā)推進(jìn)室"。此前FCV的開發(fā)由純電動(dòng)汽車開發(fā)部門負(fù)責(zé)，日產(chǎn)現(xiàn)在將其獨(dú)立出來，以求盡快向市場投放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，并且將共用部件來降低成本，盡快實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)普及。
德國人來了
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。
此前，寶馬曾宣布暫停氫燃料汽車的開發(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，潛在市場空間較大。這也正是各汽車廠商競相下注的重要?jiǎng)恿?。但各開發(fā)廠商需要解決的第一個(gè)問題是：車輛開發(fā)成本的高企不下，直接導(dǎo)致車輛市場價(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發(fā)。更深一層的目的是敦促各國政府全面構(gòu)筑普及FCV不可或缺的加氫設(shè)施。每座需要數(shù)百萬美元的加氫站的普及是開發(fā)FCV的汽車廠商最大的障礙。