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铝空气电池技术和应用前景分析
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中国电池网法律顾问：北京大成律师事务所 李军 执业号码：27655裴普成教授：燃料电池技术及应用问题探讨
中国储能网讯：3月4日下午，第12期储能产业公益沙龙在中国科学院工程热物理研究所举行。主讲嘉宾清华大学汽车工程系裴普成教授就燃料电池方面进行专题报告，并对燃料电池技术及燃料电池应用方面等问题与大家展开探讨，以下为本次公益沙龙文字实录：
裴普成教授发言
裴普成：各位下午好，非常感谢联盟给我们大家提供这样的一个场所和机会，在这先就燃料电池技术及燃料电池应用问题和大家探讨一下。
燃料电池与蓄电池都是电化学装置，不同的是蓄电池的能量载体储存于电池内部，为二次使用需要对电池充电，而燃料电池的能量载体（即燃料）储存于外部，只要提供燃料，就能连续不断地发电。燃料电池的工作原理是，在电解质一侧供给燃料，另一侧供给空气（氧气），质子从电解质穿过，电子走外电路形成电流。其特征是，有燃料从外部供应，有氧气供应，通过电化学反应发电。全钒液流电池，反应物有流动供应特征，但不是与氧发生电化学反应，所以不属于燃料电池。
说完燃料电池技术和燃料电池应用的问题，那么燃料电池到底分为哪些种类呢？下面我给大家说一下：
以电解质命名的燃料电池，有质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和磷酸掺杂质子交换膜燃料电池（PBI-PEMFC）等。其中PBI-PEMFC是在质子交换膜基础上通过磷酸改性的燃料电池，能够把燃料电池的温度升上去，并降低对铂催化剂的需求。一方面降低了燃料电池成本，另一方面也大大提高了电池对一氧化碳的耐受力。
以燃料命名的燃料电池，有直接甲醇燃料电池（DMFC）和使用金属作燃料的金属空气燃料电池（MAFC）。其中，直接甲醇燃料电池本质也是质子交换膜燃料电池。目前国际上比较热门的金属空气燃料电池有锂空燃料电池和锌空燃料电池，一般多用碱性电解质，属于碱性燃料电池。
燃料电池的种类有很多，那么针对不同电池的特点在使用中又有哪些优势和劣势呢：
磷酸燃料电池的工作温度一般为200度，PBI型的质子交换膜燃料电池及所谓高温质子交换膜燃料电池，工作温度一般在120到200度。这两种燃料电池有很多相似之处，对CO耐受力强，但使用不当有析出磷酸的可能。
熔融碳酸盐燃料电池的工作温度高，这意味着它不能像一般的质子交换膜燃料电池一样装在车上，只能作为固定电源。但同时，做固定电源不受空间限制，可以把电池功率做得比较大。
固体氧化物燃料电池工作温度也非常高，600至800度，随着近几年技术的发展，目前可以降到大约400度。
熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，因为工作温度都比较高，如果用在车上的话汽车的启动会很麻烦，需要时间长，启停循环寿命短，因此更多地用于固定电源场合。
直接甲醇燃料电池可以用于手机、电脑上，而且特别适合军用。
虽然碱性燃料电池早就已经发明，但是工作温度最高80度，上世纪六十年代美国UTC公司曾为阿波罗登月计划提供这种燃料电池，但是汽车行业对这种电池并不感兴趣，一方面是因为功率密度低，另一方面是这种电池怕二氧化碳，因此在车上使用不方便。质子交换膜燃料电池的出现解决了这些问题。与其他电池相比，质子交换膜燃料电池的功率密度有明显优势，同时，工作温度低、容易启动的优点也令汽车行业对它更感兴趣。
总体来看，燃料电池对市场还是比较有吸引力的，一个是质子交换膜燃料电池，一个是金属空气燃料电池。金属空气燃料电池成本低。
在燃料电池的技术和应用方面，质子交换膜燃料电池的功率输出从几瓦到兆瓦级都有，因而在很多领域都可以得到广泛应用，市场上对这种燃料电池的关注度也最高。只要掌握核心技术，然后根据实际需要提供足够的氢气,质子交换膜燃料电池就能发电。
质子交换膜燃料电池在军工领域有广泛应用，比如航天器，所需要的功率只需要十几千瓦。几年前，西门子的燃料电池曾经装到潜艇里面，当时用的是纯氧，燃料电池功率100千瓦。没有排气污染，此外，质子交换膜燃料电池声音低、噪音小、隐秘性好，还可以用于无人机，只要带上足够的氢气，就能维持很长时间。
除了军用，质子交换膜燃料电池在电动汽车领域也备受关注。很多人习惯说的燃料电池汽车属于电动汽车，其实是燃料电池电动汽车。从动力构型来讲，通常它是燃料电池与其他电池的混合，因此也叫燃料电池混合动力电动汽车。与其他电动汽车相比，具有续驶里程长、动力性能高、不需要充电等特点，因此在电动汽车领域有很好前景。
汽车燃料电池技术的现状是怎样的呢？当前质子交换膜燃料电池在汽车领域备受关注。燃料电池汽车是电动汽车的一种，严格来说是燃料电池电动汽车，很多人习惯称之为燃料电池汽车。这种汽车大多是燃料电池与其他电池的混合动力电动汽车，燃料电池汽车的续驶里程是其他电动汽车所不能相比的，燃料电池功率密度明显高于其他电池。
这种汽车无污染，是解决雾霾问题的很好方向；零部件少、易维护，生产工序少；燃料效率高，内燃机的高效率在大负荷区，燃料电池的高效率在小负荷区，而实际使用中常用小负荷区，内燃机很难发挥它的最高效率。燃料电池能量转换率已经达到50%到60%的水平，内燃机领域也被迫提出要使内燃机效率达到60%。与内燃机相比，燃料电池的能量转换率高，对汽车更为有利。实施混合动力技术使内燃机工况向高效率区靠近，是混合动力汽车有节油效果的原因。
从安全性来说，燃料电池也有自身的优势。过去，很多人都觉得氢气很可怕，清华大学当初做燃料电池车测试，为建设氢气供给站大费周折，好在实验室后是玉米地，学校才让建设。但是现在我们认识到，氢气其实比汽油还安全。这儿有一个例子，为汽油汽车和使用氢气燃料的汽车分别创造燃料泄露和着火条件，3秒时刻汽油汽车下方漏油着火，而氢气则是迅速冲高在汽车上方着火。一分半钟，氢气燃料汽车的火已经熄灭，而汽油车火势正旺，最终只剩下车架。从这个实验来看，氢气用做汽车电池燃料更为安全。此外，国内外很多研究机构也都做过氢气燃料电池的碰撞、泡水、跌落实验，都没有出现安全问题。对氢气瓶的火烧实验，证明气瓶上的装置会自动将氢气排出去，不会产生爆炸现象。氢气的特点是非常轻，泄漏之后迅速上升，只要有良好通风，就不会发生危险。其实过去家用煤制燃气中百分之五六十是氢气。
从加气模式上看，氢气燃料电池也非常方便，只需要几分钟的时间就可以将氢气加满。因此在未来，燃料电池汽车可以像现在加汽油一样在加气站添加燃料，这一点换做普通电动车就很难做到，充电不是几分钟就能完成的。
对于燃料的来源，我认为，首先应该考虑电解水，因为很干净，对燃料电池没有危害。其次，工业副产氢，如氯碱厂、钢厂、焦炭厂的副产品，现在很多工业副产氢都被浪费掉了。第三，用燃料重整制氢，如天然气重整、甲烷重整。
电解水制氢，可利用可再生能源集中发电制氢，通过管道远程输送、车载运输等方式为燃料电池配送氢气；可以夜间将剩余的电变成氢气，白天通过燃料电池发电；可以直接用太阳能电解水制氢，是分布式发电制氢，在日本已经有先例，是一种成熟的技术。
下面我们从制作工艺、成本、辅助系统、整车性能等多个维度对燃料电池汽车与传统内燃机汽车进行一下比较。
首先从工艺及成本上看，燃料电池工艺更简便生产成本更低。因为燃料电池在结构上是比较简单的叠加，比如使用膜电极双极板直接叠加，比内燃机结构简单很多，所以燃料电池可以在小的厂房进行生产，而内燃机仅仅是一个汽缸盖就需要建设专业的生产线，投资金额高达2亿元左右。
第二是辅助系统，单独的燃料电池堆不能直接用于汽车或其他场合，必须有辅助系统。燃料电池的效率不是100%，因此需要使用冷却系统解决散热问题，此外还需要供给氢气和空气。燃料电池的空气供给系统与内燃机系统非常类似，所以很多部件可以直接使用内燃机部件，比如空滤器、消声器、增压器等，不过燃料电池的增压器是无油增压器。燃料电池的氢气系统也与氢气内燃机类似。区别在于燃料电池需要对空气和氢气增湿。目前从技术层面上讲，正在努力去掉增湿环节，从而进一步降低成本，因此未来燃料电池可能将不再需要增湿。
以燃料电池堆为核心，增加其他的辅助部件形成完整系统后，就可以进行装车。装车时，可以整体取代内燃机的位置，也可以根据车底盘空间、以模块化形式进行不同的配重安排和空间布置。
巴拉德的燃料电池有两种安装方案，一种是把燃料电池装在车顶，另一种是装在车的后面。巴拉德曾开发的燃料电池系统，所有旋转部件由一根皮带驱动，堆输出功率达110千瓦，2007年在北京示范运行的三辆戴克燃料电池车上安装的就是这种燃料电池系统，每辆汽车装两套，相当于每辆车具有220千瓦的燃料电池功率。本田的燃料电池系统布置方案，铺满了整个汽车底盘。清华大学的燃料电池汽车，是把燃料电池放在车的后面，方便维护。
第三是性能比对，燃料电池与内燃机几乎相当。现在，内燃机的电堆功率密度的国际先进水平大约为3KW/L，燃料电池的体积功率已经能达到与内燃机几乎相当的水准。
从续驶里程动力性加速性来看，燃料电池与内燃机也基本相当。这里所说的续驶里程与一般电动车概念不同，燃料电池可以很方便的多携带一些氢气，不受太多限制，而普通蓄电池的电动汽车如果想携带更多能量储备，意味着要带很多蓄电池，不仅增加成本，同时也会增加很多车体重量。
最后是整车性能得对比，依照内燃机汽车标准做燃料电池车。目前，燃料电池汽车的最高车速都是按照常规内燃机汽车标准在做，最高车速都能够达到每小时160千米左右，续驶里程有的甚至可以达到800多公里，少一些的也可以达到300公里。如果想让燃料电池车续驶里程更远，可以多装一些氢气。
为了能够达到最高车速，现在国际上装载于轿车上的燃料电池，功率一般都为90千瓦左右。事实上，汽车启动后对功率的需求并不大，有的汽车仅仅需要20%的功率就够了。通常都是混合动力构型，清华的燃料电池客车，只使用了60千瓦的燃料电池系统。
从最大扭矩的角度看，汽车的最大扭矩通常以电机的输出来进行计算，现在燃料电池车的扭矩可以达到200多牛米，与使用内燃机的汽车相比丝毫不差，甚至比内燃机汽车扭矩还大。
现在燃料电池汽车做的比较好的，冷启动已经能够达到零下40度，其余大多数也都达到了零下30度的水平。
从氢气压力方面看，早期的技术水平是35兆帕，目前国际趋势都在努力实现70兆帕。因为通过计算，从35兆帕到70兆帕的提升，造成的能量消耗不是很大，只是将压缩比增加2倍，关键问题是对氢气瓶的耐压技术提出了更高的要求。
从以上的对比，可以看出燃料电池的确是存在一定优势的，但是燃料电池车要形成产业化，还要在成本控制和电池耐久性两方面做进一步提升。
而对于成本控制，铂的用量是关键。在美国，每年都会对燃料电池车的技术指标做出评估，目标是要让燃料电池车的成本能够与内燃机汽车相当。现在，内燃机汽车的成本大约为每千瓦30美元左右，按50万台套燃料电池系统进行评估，成本大约为每千瓦50美元。
铂的用量是决定燃料电池成本的关键因素。几年前，国内外燃料电池中铂的用量大概是每平方厘米0.6到0.7毫克，随着技术提升，实际用量降低到每平方厘米0.4毫克左右，而实验室数据现在已经可以做到0.15毫克。如果在实际应用中，铂的用量能够控制到每平方厘米0.2毫克，就能够达到成本控制目标。
电池寿命长短也与铂的用量有直接关系，因为随着电池使用时间的增加，铂的有效面积会逐渐减少。随着技术的提高，铂的用量将会朝着每千瓦30美元的成本目标进一步降低，甚至达到每千瓦0.1克的用铂量。如果能够达到这样的技术指标，相当于现在内燃机汽车三效催化剂的用量，就会显示出成本优势。
现在，越来越多的机构在进行降低燃料电池中铂用量的研究。日本同志社大学最近开发出一种核壳催化剂，能够大大降低燃料电池中铂的用量，其优势在于能够批量生产。根据公布的数据，这种催化剂在活化后性能比碳载铂的性能还高。
3M公司在催化剂方面使用了纳米须技术，2008年，铂的用量就达到了每平方厘米0.25毫克的水准，2009年这一数据又降低到了0.15毫克，而且0.15毫克比0.25毫克的性能还好。此外，日本丰田曾提出要在2015年上市燃料电池汽车，售价约为5万美元一辆，并且在2013年的展览会上已经展出样车。
对于耐久性提升来说一些国外先进技术值得我们去借鉴。只要燃料电池的寿命达到小时，燃料电池汽车就可以商业化了。虽然燃料电池的寿命，最高纪录已达到了10000小时，但多数燃料电池的寿命仍然都在2000小时左右，能达到5000小时的还很少。
2011年8月，UTC公布其在燃料电池耐久性方面的考核报告。在三辆车同时做示范运行的情况下，其中一辆率先突破了10000小时，并且期间没有更换任何零部件，这是一个很大的进步。UTC的燃料电池汽车之所以能跑到10000小时，跟他们选用低压、电堆自增湿、柔性石墨双极板等技术有关，这些因素值得我们借鉴。
为了推动燃料电池汽车的发展，业内先后成立了三大联盟，在这三大联盟中，都有日本汽车企业的身影。2013年1月，戴克、福特和尼桑三家公司建立合作联盟，联手开发燃料电池系统，减少重复投入，降低开发成本，共同开发的燃料电池系统将尽可能拥有共通性，以适应三方的车型，计划2017年推出在价格上能被大众接受的燃料电池汽车。
同月，丰田汽车与宝马公司正式签订协议，深入合作共享燃料电池技术，丰田将向宝马提供燃料电池车驱动总成和氢燃料贮存技术，并计划2015年把自行研发的燃料电池车投入市场，而宝马将利用该技术在2015年推出样车，2020年上市。
2013年7月，GM和Honda结成联盟，在储氢技术和燃料电池技术方面进行合作。Honda在储氢技术上有自己的优势。过去，氢气瓶多用碳纤维缠绕制成，成本普遍偏高。目前，Honda公司掌握的技术已经可以将氢气瓶的成本降下来，同时有足够的耐压性能。
日本在燃料电池汽车技术方面有自己的很大优势。从日本的技术现状看，燃料电池车的续驶里程、动力性、加氢时间、耐低温程度都已达到实用要求，成本和使用寿命距目标略有差距。作为清华大学的一名教授，值得我自豪的是清华大学在燃料电池研究领域的科技成果。
清华大学对燃料电池车的研究从1999年就已经开始。当时，清华大学曾经装了一个5千瓦的电堆在一个小平台车上。2001年，清华大学用15千瓦电堆装配了一辆中巴车。2001年，国家科技部立项开展燃料电池客车和燃料电池轿车计划，清华大学被确定为燃料电池客车的牵头单位，同济大学负责牵头做燃料电池轿车。
日晚，清华大学的50千瓦燃料电池客车从实验室开出来。是中国第一辆燃料电池客车，第一台氢空型燃料电池系统装车，是真正的燃料电池发动机汽车。在之前清华大学的燃料电池车上，都是用氧气瓶供气，燃料电池使用的是纯氧。
2002年之后，曾逐年提升对燃料电池系统功率的要求，最高到130千瓦。研究得知，燃料电池的功率并非越大越好。比如安装一辆12到13吨的汽车，几十千瓦的燃料电池就已经足够使用，因为还有蓄电池组的储能。现在，清华大学做的燃料电池客车基本使用的燃料电池功率在50到60千瓦。
2008年，清华大学在北京奥运会期间投入了三辆燃料电池公交车，与2007年戴克公司试运行的汽车走同样路线、停同样站台，并同样运行一年时间，以此对燃料电池的性能进行考核。与戴克的三辆车相比，清华大学燃料电池汽车的氢气消耗量明显低很多。戴克的汽车百公里耗氢量大概是百公里16公斤左右，而清华把汽车的耗氢量降至7到8公斤。此后，清华大学又为2010年上海世博会提供三辆公交车，运行半年，同年为新加坡首届国际青奥会提供一辆燃料电池公交车，运行半年。经历春夏秋冬、高温多雨的考验，表现很好。
通过比对戴克同一批次的汽车，在北京运行的3辆车大概运行800到900个小时就不行了，在欧洲运行的使用寿命要好得多。在戴克的总结报告会上，令人印象深刻的结论是：北京的空气质量太差。因此中国燃料电池汽车的发展，环境因素增加了更大挑战，也证明发展燃料电池车更有必要。
与国外燃料电池相比，我国燃料电池堆内部一致性较差。国外先进燃料电池堆都是生产线上下来的，一致性较好。而国内的生产环节存在很多人为因素，导致结果不好控制。为提高电堆一致性，延长燃料电池寿命，我们的研究组开展了以下工作。
1.双极板批量制造技术：清华在FC耐久性方面做了很多努力，研究了双极板批量制造技术。过去制作双极板使用雕刻技术，购买板子然后雕刻加工，通常一张板子的原材料需要300元，加工费400元，总成本约700元,一个双极板需要两张板。国外使用冲压技术生产一个双极板仅需要6美元。清华大学曾设计出模压柔性石墨双极板、冲压金属双极板。一方面可以降低成本，另一方面能保障双极板的一致性。
此外，研究发现，电堆故障往往都是因为积水。积水和加工缺陷有关，譬如中间换刀会在加工的地方留下痕迹，这个地方就容易形成积水。
2.燃料电池寿命评价技术：清华大学试验证明，驾驶循环下燃料电池性能衰减率可用四个工况下的衰减率叠加表示，基于数学推导给出了基于实验室测试和道路运行工况谱的寿命预测公式。总试验时间为200小时左右，然后据此推测出燃料电池在车上的使用寿命。这项工作的优势是，在实验室就可以对电池寿命进行预测和评价，在缺少燃料电池车的标准驾驶循环情况下，可预测燃料电池在各种驾驶循环下的使用寿命。
现在，燃料电池汽车还没有标准的驾驶循环。每辆车装多大功率的电池，其动力构型是多装燃料电池还是多装蓄电池，没有一定的标准。这也意味着不同配型的燃料电池在车上的输出性能会不同，工况变化和变化频率幅度都会不一样。另外，同样一辆车在不同时段、不同路段运行，驾驶循环也会不同。清华大学通过在实验室把燃料电池在各个工况下的衰减率计算出来，然后重新组合出不同的驾驶循环。并计算不同驾驶循环下燃料电池的寿命是多少。
通过测试，学校研究人员发现这种预测结果相当不错。用同样的燃料电池装在车上计算衰减率和使用寿命，在一辆车上能跑2600小时，装到另一辆车上跑1900小时。当然在实际测试中，这些车都没有跑那么长时间，因为只试运行了一年，大约跑了1200小时就结束了。但是预测的性能衰减率与实际情况非常吻合。
3.动态闭环调控技术 防止燃料电池水淹：学校的另一项研究是用动态闭环调控技术预防电堆故障，这是一种防止水淹的技术。早些时候，学校的研究人员发现氢气压力降可以作为燃料电池水淹的判定条件，并研究出了压力降精确计算公式。在正常情况下，实测压力降与公式吻合，当出现水淹时，实测值明显偏离公式计算值。
这个公式还可以用于燃料电池双极板流场设计中。过去设计燃料电池流场所用的压力降经验公式，与实际燃料电池工作中的压力降差异较大，因为它没有电流参数。有了这个公式以后，就可以判断出什么时候出现水淹现象，如果等压力降到降到燃料电池已经被水堵死，再去解决故障就很难了。
学校通过试验又发现燃料电池从出现水淹，到被堵死之前，压力降会有很明显的平台现象，而且持续时间很长。通过给燃料电池设置控制窗，可以在发现特定点的时候赶快进行处理，不等它进入平台就可以进行调控，很好地防止燃料电池水淹。
基于这样的理念，学校把动态闭环调控技术做成了一个专业软件和控制系统，可以实现燃料电池的自动控制，防止燃料电池出现水淹。在实验室的测试过程中，曾人为创造水淹情况，通过运用这个系统燃料电池很快就自动恢复到正常了。
4.同步检测燃料电池堆多片膜电极的多参数：过去，只能用线性电位扫描法和循环伏安法分别检测单片膜电极的各参数，但是无法对电堆进行测试。如果对电堆使用循环伏安法，很难保证燃料电池的电压呈线性上升，因为每节电流都不一致，会使得电压升高率不一样。
为了解决这个问题，学校研究出一套新技术——恒流充电解析法。在这个堆上每节电流都一样，通过调制后，输出来的电压会带有各节燃料电池膜电极的差异信息，通过这样的差异就可以解析出各片膜电极的内在差异，得出相应的参数，包括催化剂活性面积、氢渗透电流、双电层电容和阻抗。能一次把电堆每一节燃料电池的这四个参数都得到。测出来的催化剂活性面积，在不同充电电流下的波动幅度，比用循环伏安法在不同扫描速率下的波动范围小得多，这种方法有明显的优势。可用于对电堆一致性研究、组堆环节的膜电极筛选、检查电堆内是否有膜穿孔等。
5.高性能锌空燃料电池：日，美国著名网站刊文“清华团队开发出高功率密度锌空燃料电池堆”，许多网站纷纷转载。为什么国外对清华的进展这么关注？锌空燃料电池有许多优点，但是国际上做出来的锌空燃料电池功率密度一般都在每平方厘米100毫瓦以内，加拿大国家研究院用特种催化剂的情况下最高达到每平方厘米230毫瓦，而清华大学的研究团队把这一数据提高到每平方厘米435毫瓦。研究成果发布后,最近又有同学把数值提升到450，可以说具有突破性。
以前清华大学的燃料电池公交车所使用的氢空燃料电池，功率密度是每平方厘米360毫瓦左右，而现在锌空燃料电池的功率密度达到每平方厘米435毫瓦，说明它在未来有可能作为车用燃料电池。此外，清华大学在探索研究高性能长寿命的锌空电池。
还有重要的一点就是燃料电池和储能电池的联用，一种形式是将燃料电池和蓄电池都装在车上，形成混合动力，这项技术目前比较普及，在国内外的燃料电池上都在应用。
第二种形式又被细分为两种相反的组合方式。一种将燃料电池作为固定发电机，放在外面，车上安装蓄电池，也就是纯电动车。通过使用可再生能源电解水制氢，在需要用电时，用燃料电池发电补充电网的电力，而电动车从电网上取电充电。与之相反的，是在车上安装燃料电池，而将蓄电池放在车外，作为家用电源或公司电源。可再生能源发电制氢，输送给燃料电池车供燃料电池发电，在需要时燃料电池车给蓄电池组充电。
未来基于燃料电池和蓄电池，可能会形成一个“可再生能源—燃料电池—蓄电池—电动汽车—电网”的网络。
主持人：谢谢裴教授给我们做的这期报告，非常精彩，说的很全面也很细致，大家针对裴老师这个报告有什么观点可以提出来探讨一下。
嘉宾提问讨论
嘉宾尹海涛：请问裴教授现在清华大学关于燃料电池的研究经费是否充足？
裴普成教授：近两年燃料电池项目的研究比之前有所减少，但是清华大学对燃料电池的研究工作并没有停止。燃料电池研究领域受国外影响比较大。过去清华大学的研究定位主要是开发燃料电池汽车，近几年研究定位是做燃料电池平台，也就是动力系统平台。平台完成后，可以为整车厂做装配。之前，清华大学的工作都是直接围绕车，工程性比较强，不易出成果。近几年，国家开始提倡做基础研究，虽然经费有所减少，但出了不少成果，这些基础研究让我们对燃料电池的认识更加深入。
主持人：谢谢尹先生的提问，也谢谢裴教授精彩的回答，我也有一个问题想请教裴教授：目前国际上成立的三大联盟都提出了自己的量产目标，最近韩国F35也对外宣称，今年燃料电池车产量要达到1千辆，明年要达到1万辆。请问裴教授对他们的进展有什么看法？
裴普成教授：现在燃料电池汽车领域的确存在这样的现象。2012年，7大汽车公司发表联合声明称2015年要实现燃料电池汽车的量产，但是现在有公司又调整成了2017年推出首辆车，2020年量产。更早些时候，2001年日本曾提出2010年达到5万辆、2020年50万辆的计划。同样在美国，原计划2010年要将燃料电池寿命提高到5千小时，实现燃料电池的量产，但现在美国的计划也一样做出了调整。
造成这种现象的因素很多，包括技术因素、国家政策的变化、企业与政府的对话等，都会影响计划推进。但是计划的提出非常重要，把计划提出来，才能更好地促进发展，有时需要根据现实情况进行适当调整。
主持人：现在马斯克特斯拉对大家的理念冲击很大，这种新理念对清华大学研究、测试燃料电池汽车有没有影响呢？
裴普成教授：在我看来，发展什么技术都不该提反对意见。清华大学研究的是汽车动力领域。据了解马斯克特斯拉目前比较注重开发金属空气电池。目前锂离子电池即使没有安全问题，功率密度还是没有真正满足市场要求，他们经过分析得出的结论是，将来可能只有金属空气电池才能达到内燃机那样的功率密度。特斯拉要进入中国市场，首先得让大家对它感兴趣，宣传工作做得好。
电动车有很多技术可以跟燃料电池车共享，比如电机、电池、DC/DC。燃料电池车也要使用电机和蓄电池，如果蓄电池过关，我们使用起来将更方便。此外，电池领域的很多控制技术都是相通的，所以马斯克特斯拉进入中国是个好消息。
某与会嘉宾：燃料电池汽车的价格都比较高，即使在电池中需要使用铂，也仅仅需要0.2毫克每平方厘米。请问裴教授，燃料电池汽车的成本主要高在什么地方？
裴普成教授：随着国内外技术的发展，现在燃料电池中铂的用量越来越少，已经不是影响燃料电池车成本的主要因素。现在生产燃料电池车的成本高，主要是因为市场需要还很小、做的少，一旦进行量产，形成生产线，成本将会大幅降低。
另外，如果蓄电池成本能够下降，燃料电池车的成本也会降下来。现在市场上做电动车还是比较热衷于使用铅酸电池，就是因为便宜，锂离子电池太贵了。所以如果特斯拉能够把成本降下来的话，燃料电池车的成本也会下降。
某与会嘉宾：100千瓦膜电极的面积是多大？
裴普成教授：现在一个堆大概20千瓦，每片膜电极大概有300平方厘米，每平方厘米能出0.4-0.8瓦电。目前在实验室，可以把功率做的很高，但真正用在车上的时候不会达到最大功率量，而会留有余地，也就是标定功率与峰值功率这两个概念的区别。
某与会嘉宾：锂电池在装堆时，循环寿命一般在500到700小时之间，如果按每次可使用10小时计算，锂电池的总寿命大概在小时，与燃料电池的堆寿命相当。
现在锂电池主打的是给每辆车装一个充电装备，随车走，而氢气燃料在目前来讲使用上还存在一定的问题，氢气瓶国内能够达到35兆帕的还不是很多，将来在全国推广会不会存在问题？
裴普成教授：现在日本和德国正在加快建设氢气加注站，如果将来中国也要开始大面积销售燃料电池车的话，也会做这个工作，解决气源问题。
说到气瓶，在实际应用中并不需要装一次氢气跑800公里，现在燃油汽车加满一箱油也就是跑三四百公里，燃料电池汽车能跑到这个水平就可以了。根据之前奥运会期间清华的三辆燃料电池车测试数据，在公交车上压力达到150个大气压装的量就够了。在技术上要求达到35兆帕，但实际一般不用装那么多。
某与会嘉宾：最近国家科技部222条亲自下了第一批863计划，其中有锂电池、燃料电池，液流电池只有一个5000小时长寿命项目，您对政策走向怎么看？
裴普成教授：未来政策走向肯定不会完全依赖于中国的情况，还会跟国外情况紧密相关。当然现在的政策制定也会与专家组有关系，如果专家组里有两个搞燃料电池的专家，相信一定会有燃料电池项目，这也需要大家一起努力。
来小康：从储能的角度来看，单个的燃料电池只是用来发电，裴教授可否给我们科普一下电解水效率的问题？
裴普成教授：电解水效率是大家普遍关注的问题。从电解水用电，再到产生电，总的效率大概为40%左右，电解水效率并不是很高。这个跟工况设备有关系，比如蓄电池，小电流密度效率就高一些，电流密度越高越大，它的效率会越低。
来小康：谈到可再生能源，很多都要进行异地运输，现在存储和运输在技术上有什么瓶颈？
裴普成教授：氢气的运输可以通过管道，也可以用灌装。从成本上来讲从管道输送更合适。加拿大现在采用的是标准的灌装输送方式，而欧洲为了方便，是在一个地方制氢，然后通过天然气管道把制出来的氢输送到另一个地方，这种输送对管道没有任何影响。
在管道输送中，氢的比例一般不超过20%，因为天然气加15%到20%的氢气组合出来的燃料给车用最合适，其效率和功率用在天然气车上比较方便，而且这个比例不需要考虑金属氢脆的问题。
陈海生：我从其他老师处得到的信息是，燃料电池现在比较贵，现在主要用于军方，因为军方对价格的敏感性比较差。这些老师告诉我，燃料电池价格贵的原因是对氢的要求比较高，如果氢气的精度降下来整体寿命就会降低，同时还有寿命问题，导致现在燃料电池价格比较高。请问裴教授，关于这个问题下一步该如何改进？
裴普成教授：目前的行业现状是，国产燃料电池不一定比国外便宜。因为国外的燃料电池生产已经上了生产线，人工成本降低了，而中国目前没有这方面的优势，所以现在国内购买燃料电池可能会比从国外买还要贵一些。比如现在宝马公司的电堆生产基本都是机器手进行操作，只要把原料放在生产线上，出来的就是堆，中间没有加入人工因素，成本肯定要有所降低。
单纯从燃料电池生产技术和工艺上来看，国内外没有太大差异。现在国内用催化剂技术已经把铂的用量降到了每平方厘米0.4毫克，催化剂也是影响成本的一个重要因素。此外在国内的燃料电池生产中，膜也是个问题。现在国内也可以生产膜，但更多还是去国外购买，从国外购买就会涉及到关税、增值税等问题，使得膜的成本比国外要高一些，这也增加了燃料电池的生产成本，有待于国产化。
某现场嘉宾：电池领域是否存在摩尔定律？比如特斯拉，第二代车的电池成本比第一代车降低了30%到50%，第三代成本进一步下降。锂电池成本可以随着技术发展降低，燃料电池是否也存在降价的可能性？未来发展是否存在瓶颈？
裴普成教授：从成本与量的角度考虑，任何产品都存在摩尔定律。比如生产燃料电池用的膜，同样是进口的膜，买的多就会相对便宜些。燃料电池是十年前国家开始支持的，在这个领域里跟锂电池发展最大的不同是现在锂电池的生产厂家已经有很多，而做燃料电池的还很少，这也导致燃料电池没有锂电池降价那么快。
这其中的影响因素我认为有两方面，一个是政府的支持，另一个因素是技术门槛。政府支持是任何领域都绕不开的，哪怕这个技术不是很有前景，业内人士不看好，但是只要政府支持要立项，就会有公司跟进。现在燃料电池和锂电池的政府投入不一样，这是一个因素。从技术门槛的角度讲，锂电池的门槛比燃料电池要低得多。十年前，很少有人知道燃料电池。即便是在三四年前申报国家资产基金项目，也曾有专家不知道燃料电池。当时想研究空气质量对燃料电池寿命的影响，而对方直接给出结论称燃料电池不受道路环境空气质量影响，在他看来，燃料电池与空气不接触，把燃料电池理解成了普通电池的概念，这说明很多人对燃料电池还不了解，技术门槛比较高。而锂离子电池方面，很多沾点儿边的都敢做。
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