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，现政协副主席，中国科学技术协会主席万钢在一次专访中表示，中国作为全球最大的汽车市场，已经做好了接受氢燃料电池车的准备，就如同先前接受纯电动车一样。他说：“我们是时候考虑建立一个氢社会了，我们需要在燃料电池的方向上更进一步。”中国政府对汽车行业的补贴政策也印证了这一点：针对日趋成熟的纯电动车行业的补贴将于明年逐步取消，与此同时，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，燃料电池电堆能够通过电化学反应，将车载氢气直接转化为电能。而锂电池则需要通过长时间充电来储存能量，并在行驶时通过放电来驱动车辆。所以燃料电池车的续驶里程取决于车载燃料的多少，也就是储氢罐能储存多少氢气，这一点与传统内燃机车更为相似。此外，燃料电池车上还拥有一个容量较小的电池包，用于储存燃料电池电堆所发出的多余电能，以及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。如此一来，相比于锂电池，燃料电池在长距离行驶的应用上更具有优势。

燃料电池的技术趋势

  随着2014年丰田高调发布其燃料电池车型Mirai，全球燃料电池产业进入了一个全新的时代。丰田所采用的钛合金金属双极板，把燃料电池电堆的功率密度提升到了3.1kW/L，并向着4.0kW/L的目标前进。更高的功率密度使得电堆的体积更小，系统结构更加紧凑，更易于整车布置。然而金属板易腐蚀的特性，导致其较高的材料和表面处理成本。但随着技术日趋成熟以及产量的提升，金属双极板拥有很大的降本空间。

  催化剂方面，铂（Pt）仍然是燃料电池电化学反应催化剂的主要成分，目前行业内Pt用量水平大约在0.5~0.7g/kW左右，而丰田Mirai的电堆仍处于领先水平，Pt用量大约为0.3g/kW左右。随着新型Pt合金催化剂，以及碳纳米线等催化剂载体的开发，Pt用量正在进一步下降，并可能达到当前柴油机后处理系统中所用Pt含量的水平。根据美国能源部（DoE）统计，按照2016年材料成本计算，当燃料电池产量达到10万套/年时，催化剂约占电堆成本的40%，因此Pt用量的减少将大大降低电堆成本。

  氢气系统方面，现已基本普及70MPa储氢罐，并使用氢气循环泵将排出的氢气循环利用起来，一方面提高了系统燃料经济性，另一方面也有效利用了电堆内部阴极侧反渗过来的水。空气系统方面，由于升高操作压力有助于提高电堆性能，因此对空压机的要求也越发严格。无油、高压比、大流量、高效率已经成为燃料电池空压机开发的基本要求。典型的空压机型式包括罗茨式、螺杆式、涡轮增压式和涡旋式，其中配合空气轴承的两级电子涡轮增压器，由于其结构紧凑、高压比以及低噪音的特点开始受到市场青睐。

  整车应用上，商用车包括卡车和城市客车，由于拥有足够的布置空间，因此更易于燃料电池系统集成和储氢罐布置。更多的车载氢气量能够进一步提高燃料电池车在续驶里程上的优势。此外，一般5~10分钟的加氢时间更适合长距离运输应用。相较于纯电动车，燃料电池车续驶里程长和加注燃料时间短的特点，使其在公路运输方面比纯电动车更具有优势。目前，应用于商用车的燃料电池仍以石墨板电堆为主，成熟的制造工艺保证了电堆的可靠性和耐久性，同时也降低了主机厂的购买成本。另外，燃料电池系统的模块化设计也降低了大批量生产成本。

里卡多在燃料电池领域的成果

  里卡多在燃料电池汽车开发上拥有超过15年的丰富经验。近年来，里卡多正与丰田合作开发重型燃料电池卡车（Project Portal）。通过该项目Class 8（北美卡车分类，15吨以上）重型卡车的第一代（Alpha）以及第二代（Beta）示范运行车先后于2017年和2018年完成交付。其中于去年发布的Beta车型，总重量约36吨，由两组丰田Mirai电堆和1组12kWh的电池包驱动，最大功率超过500kW。里卡多帮助丰田进行了整车集成以及零部件的电气化，并优化系统将Beta的续驶里程提升到超过300英里（约480公里）。

  除了燃料电池系统集成之外，里卡多在系统一维仿真、三维流体仿真、控制策略开发、功能安全、系统测试等方面都拥有丰富经验。里卡多正致力于针对不同的应用和要求，为客户度身定制燃料电池的系统解决方案，以帮助客户应对在全球范围内日益严苛的油耗及排放法规。

  里卡多将继续为实现汽车真正零排放做出积极贡献，秉持高效率、高井轮（Well-to-Wheel）能量转换率以及可持续的研发策略。里卡多专注于燃料电池系统的开发和实际测试，以证明其在广泛的应用环境中，可以保持良好的稳健性和系统优势。里卡多相信，燃料电池车将与纯电动车一起，成为道路交通零排放解决方案的重要组成部分。

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