道路运输零排放解决方案—燃料电池

2019年6月9日，前科技部部长、现任中国人民协商会议副主席、中国科协主席万钢在接受采访时表示，中国作为世界上最大的汽车市场，已经准备好接受氢燃料电池汽车，就像在接受纯电动汽车之前一样。他说，“现在是我们考虑建立氢社会的时候了，我们需要在燃料电池的方向上走得更远。”中国政府对汽车行业的补贴政策也证实了这一点：对日益成熟的纯电动汽车行业的资助将在明年逐步取消，而政府对燃料电池汽车的补贴仍将在一定程度上保持不变。

什么是燃料电池？

燃料电池是一种能量转换装置，与锂电池等储能装置不同。燃料电池堆可以通过电化学反应将车载氢气直接转化为电能。另一方面，锂电池需要长期充电来储存能量，并在行驶过程中放电来驱动车辆。因此，燃料电池汽车的续航里程取决于车内的燃料量，即储氢罐中可以储存多少氢气，这与传统的柴油机车更相似。此外，燃料电池汽车还具有较小容量的电池组，用于存储燃料电池组释放的多余能量和车辆制动回收的能量，并在必要时与燃料电池一起为车辆提供动力。这样一来，与锂电池相比，燃料电池在长途驾驶应用中更有优势。

燃料电池的技术趋势

随着2014年丰田燃料电池车型Mirai的高调发布，全球燃料电池行业进入了一个新时代。丰田使用的钛合金金属双极板已将燃料电池堆的功率密度提高到3.1千瓦/升，并正在朝着4.0千瓦/升的目标迈进。功率密度越高，电池组体积越小，系统结构越紧凑，车辆布局也越容易。然而，金属板的腐蚀性导致更高的材料和表面处理成本。但随着技术的成熟和产量的增加，金属双极板在降低成本方面具有巨大的潜力。

在催化剂方面，铂仍然是燃料电池电化学反应催化剂的主要成分。目前，该行业的Pt使用水平约为0.5-0.7g/W，而丰田Mirai的电池组仍处于领先水平，Pt使用量约为0.3g/W。随着新型Pt合金催化剂和碳纳米线等催化剂载体的开发，Pt的使用量正在进一步减少，可能达到当前柴油机后处理系统中使用的Pt含量水平。根据美国能源部的统计，以2016年的材料成本为基础，当燃料电池产量达到10万套/年时，催化剂约占堆成本的40%，因此Pt消耗的减少将大大降低堆成本。

在氢气系统方面，70MPa的储氢罐已被广泛使用，氢气循环泵已被用于回收排放的氢气。这不仅提高了系统的燃料经济性，而且有效地利用了从反应堆阴极侧渗出的水。在空气系统方面，增加工作压力有助于提高烟囱的性能，因此对空气压缩机的要求越来越严格。无油、高压比、高流量、高效率已成为燃料电池空气压缩机发展的基本要求。典型的空气压缩机型号包括罗茨型、螺杆型、涡轮增压型和涡流型。带有空气轴承的两级电子涡轮增压器由于其紧凑的结构、高压力比和低噪声的特性而在市场上流行起来。

在车辆应用方面，包括卡车和城市公交车在内的商用车有足够的布局空间，更容易集成燃料电池系统和布置储氢罐。更多的车载氢气可以进一步增强燃料电池汽车在续航里程方面的优势。此外，5-10分钟的氢化时间通常更适合长距离运输应用。与纯电动汽车相比，燃料电池汽车由于续航里程长、加油时间短，在道路运输中具有优势。目前，商用车中使用的燃料电池是……

仅由石墨板堆叠制成。成熟的制造工艺确保了烟囱的可靠性和耐用性，同时也降低了主机厂的采购成本。此外，燃料电池系统的模块化设计也降低了大规模生产的成本。

里卡多在燃料电池领域的成就

里卡多在燃料电池汽车的开发方面拥有超过15年的丰富经验。近年来，里卡多一直在与丰田合作开发重型燃料电池卡车。8级重型卡车的第一代和第二代示范运营车分别于2017年和2018年通过该项目交付。去年发布的Beta车型总重量约为36吨，由两组丰田Mirai电池和一组12kWh电池组供电，最大功率超过500kW。里卡多帮助丰田整合了整车并对其部件进行了电气化，并优化了系统，将Beta的续航里程增加到300英里以上。

除了燃料电池系统集成，Ricardo在系统一维模拟、三维流体模拟、控制策略开发、功能安全、系统测试等方面拥有丰富的经验。Ricardo致力于为不同的应用和要求量身定制燃料电池系统解决方案，以帮助客户应对全球日益严格的燃料消耗和排放法规。

里卡多将继续为实现汽车真正的零排放、坚持高效率、高车轮能量转换率和可持续的研发战略做出积极贡献。Ricardo专注于燃料电池系统的开发和实际测试，以证明它们能够在广泛的应用环境中保持良好的鲁棒性和系统优势。Ricardo认为，燃料电池汽车和纯电动汽车将成为道路交通零排放解决方案的重要组成部分。

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