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中美欧举国体制的集体宠儿-氢燃料电池

2023-01-09 11:51:15来源：卡车技术前线

以新型举国体制优势强化国家战略科技力量已成为中国的一项基本国策，其实践对象包括了氢燃料电池技术。

但是，对于氢燃料电池车辆而言，不仅仅只有中国，欧盟和美国也在以举国体制进行研究和开发。

(资料图)

氢燃料电

池已成为

中美欧举国体制的团宠。

/中国篇/

十八大报告指出：“实施创新驱动发展战略。科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”并强调要“完善知识创新体系”，“抢占科技发展战略制高点”。

为落实“十四五”期间国家科技创新有关部署安排，国家重点研发计划启动实施“氢能技术”和“新能源汽车”重点专项。根据重点专项实施方案，“氢能技术”重点专项以推动能源革命、建设能源强国等重大需求为牵引，系统布局氢能绿色制取、安全致密储输和高效利用技术。“新能源汽车”重点专项解决新能源汽车产业卡脖子关键技术问题，突破产业链核心瓶颈技术。

近期，

国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项燃料电池项目2022年度拟立项项目公示

，

列出燃料电池重点专项牵头单位。

项目名称：乘用车用高功率密度燃料电池电堆及发动机技术；牵头单位：国家电投集团氢能科技发展有限公司。

项目名称：

重卡用高载荷长寿命燃料电池电堆及发动机技术

；牵头单位：上海重塑能源集团股份有限公司。

上述两个项目研究内容和考核指标如下：

商用车用大功率长寿命燃料电池电堆及发动机技术(共性关键技术)

研究内容

：

研发适用于重载车辆的大功率燃料电池发动机的高效长寿命供氢、供气、水热管理、DC/DC 等核心部件；

研究重载车辆用大功率燃料电池发动机多功率模块控制技术；

研究重载车辆燃料电池动力系统匹配与集成及系统仿真技术；

开展大功率燃料电池发动机低温冷启动、环境适应性（高低温、高海拔）、电磁兼容（EMC）等测试与评价方法研究，建立重载车辆燃料电池发动机的快速测评规范。

研究涵盖初始加载方法、循环工况加载方法、性能复测方法以及气密性和绝缘电阻复测方法，以及燃料电池发动机经耐久试验后的电压衰减、功率衰减、效率衰减等评价指标，并研究制定相关国家标准或指导性技术文件；

研究长寿命电堆的膜电极、双极板及其匹配技术，研究大功率电堆的高可靠集成和控制技术，研发电堆的长寿命控制策略和电堆高效运行操作边界设计方法及加速测试验证技术；

研究重载车辆燃料电池电堆及发动机批量化制造的装备技术，形成批量化生产能力。

考核指标

：

采用项目研发的空压机和氢循环系统集成的燃料电池发动机，额定功率≥

300

千瓦；

在峰值功率下，质量功率密度≥

550

瓦/公斤、体积功率密度≥

600

瓦/升；

最高效率≥

60%

，额定效率≥

50%

；

系统最高工作温度≥

95℃

，实现

-40℃

储存与

-30℃

低温自启动；

3000

米海拔额定功率损失不超过

20%

；

5000

小时工况循环测试后额定功率下效率衰减≤

；

平均无故障运行时间≥

1000

小时，

批量化产能≥

10000

台/年，完成装车验证和整车产品公告，制定商用车燃料电池发动机耐久性测试团体标准/国家标准征求意见稿1项。

采用项目研发的质子交换膜、炭纸、催化剂、膜电极和双极板集成的燃料电池电堆

，

峰值功率≥

200

千瓦；

在峰值功率下，质量功率密度≥

3.0

千瓦/公斤、体积功率密度≥

4.0

千瓦/升；

最高工作温度≥

95℃

，支持

-40℃

低温启动；

5000

小时工况循环测试后额定功率下效率衰减≤

，同时，按照国标340h测试预测耐久性大于

20000

小时

后，额定功率下效率衰减≤

10%

；

形成批量化生产能力，

万套级电堆成本≤

700

元/千瓦

。

/欧盟篇/

欧盟

Clean Hydrogen JU

欧盟多年来一直支持氢的研究和创新。

Clean Hydrogen JU

是

Fuel Cell and Hydrogen JUs (FCH JU and FCH 2 JU)

的延续，其目标是确保发展全氢供应链，为欧洲经济服务。

根据

Clean Hydrogen JU

的新计划结构，7个“支柱”包括氢生产、氢储存和分配、氢最终用途-运输、氢最终使用-清洁热和电力、交叉问题、氢谷和氢供应链。每个支柱都由一组研究领域组成，这些研究领域对涵盖类似相关主题的项目进行分组。

氢气储存和分配（支柱2）对于建立储存和运输氢气的必要物流基础设施至关重要。共有11个项目研究了各种运输和储存氢气的方案。

支柱3包括28个项目，包括实现这些目标的研究项目和示范举措，分为七个研究领域：燃料电池组和燃料电池系统技术及车载储氢、航空、重型车辆、水上应用、铁路应用、公共汽车/客车和汽车，包括

燃料电池堆和燃料电池系统技术：

尽管目前有用于运输和固定应用的商用PEM FC系统，但其耐久性需要进一步改进。FC系统的性能损失仍然是氢燃料电池在工业和运输中广泛推广的瓶颈。

限制质子交换膜燃料电池技术广泛应用的另一个困难是使用昂贵和稀有材料，主要是PGM金属。在尽量减少PGM材料的使用的情况下，保持FC堆的令人满意的分级率是一个持续的挑战。低PGM负载催化剂在使用初期能够提供非常好的性能，但这种低PGM加载材料的降解率仍然不令人满意，需要开发。

车载氢储存：

车载压缩氢储存技术已经建立。最先进的压缩氢储存系统由碳纤维复合材料增强容器组成。一个关键问题是通过减少碳纤维的使用量来降低储罐的成本，同时保持储罐的性能和安全性。一项重要的技术进步是

开发可成型储罐

，通过调整储罐形状以适应车辆的可用自由空间，可优化储存的氢气体积。液态低温氢气被设想为一种解决方案，用于在重型车辆和海上船舶以及未来的铁路和航空应用中储存大量氢气。

重型车辆：

燃料电池和氢气卡车被认为是重型公路货运脱碳的最佳选择之一。燃料电池卡车（FCT）可能最适合远程任务和最繁忙的货物，与电池或架线供电式卡车等其他解决方案相比，可以连接到更偏远的地区。下图显示了将部署氢燃料电池长途卡车（H2Haul项目）和垃圾车（REVIVE项目）的国家。

预计未来几年将部署氢燃料电池长途卡车和垃圾车的国家。

支柱3的29个项目的参与者

H2Haul项目

将在4个欧洲国家部署16辆卡车（包括高达44吨的载货车和铰接车辆），这些卡车将在日常服务中运行至少两年。将升级两个现有的HRS，此外，还将部署四个用于卡车加氢的新HRS。H2Haul旨在显著提高重型卡车的技术成熟度，重型卡车由两大欧洲原始设备制造商IVECO和VDL ETS开发，将使用3家供应商的燃料电池。

2021开始的项目，包括

STASHH、IMMORTAL和MORELIFE

，将致力于实现重型车辆燃料电池的标准化，并延长使用寿命。

“Large scale demonstration of European H2 Heavy-Duty Vehicle along the TEN-T corridors”

项目将应用至少150辆氢燃料电池卡车