來(lái)源：《大連日?qǐng)?bào)》 第07版 深讀 訪談
發(fā)布時(shí)間：2024-03-20
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?大連新聞傳媒集團(tuán)記者謝小芳?
燃料電池是一個(gè)應(yīng)用性極強(qiáng)的研究領(lǐng)域，如何讓燃料電池從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，也是科研探索的重要方向。衣寶廉致力于燃料電池的產(chǎn)業(yè)化，20世紀(jì)90年代，作為科技部“九五”攻關(guān)和中國(guó)科學(xué)院重大項(xiàng)目“燃料電池技術(shù)”的負(fù)責(zé)人，他組織指導(dǎo)了質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池的研究。在質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展并形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，組建新源動(dòng)力股份有限公司?！笆濉薄笆晃濉逼陂g，他指導(dǎo)城市客車與轎車用燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)。研制的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用于北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì)示范運(yùn)行的燃料電池客車與轎車。
近年來(lái)，衣寶廉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)拓了新一代金屬板車用燃料電池技術(shù)、兆瓦級(jí)PEM制氫技術(shù)等，研究成果相繼實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，帶動(dòng)了我國(guó)氫能行業(yè)的發(fā)展。
今年1月，2023年度大連市科技獎(jiǎng)?wù)浇視?，首次設(shè)立大連市最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，每?jī)赡暝u(píng)選一次。衣寶廉院士成為首位大連市最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)?。近日，在中?guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱大連化物所）能源樓辦公室，衣寶廉院士接受了記者的專訪。
受訪人?衣寶廉
燃料電池專家。1938年5月出生于遼寧遼陽(yáng)，中國(guó)工程院院士，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員、博士生導(dǎo)師。20世紀(jì)70年代，參加并領(lǐng)導(dǎo)了航天堿性氫氧燃料電池系統(tǒng)的研究，曾擔(dān)任國(guó)家“十五”863計(jì)劃“電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)”和“節(jié)能與新能源汽車”專家組成員、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)責(zé)任專家、國(guó)家能源集團(tuán)氫能首席科學(xué)家、全國(guó)燃料電池與液流電池標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)主任委員等，是我國(guó)燃料電池技術(shù)的主要奠基人、開(kāi)拓者和引領(lǐng)者。培養(yǎng)博士、碩士研究生100多名，其中多人已成為燃料電池研發(fā)領(lǐng)域骨干。
耄耋之年?仍對(duì)專業(yè)有一種愛(ài)戀感
記者：首先，恭喜您獲得大連市最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。
衣寶廉：我比較幸運(yùn)。因?yàn)楝F(xiàn)在氫能和燃料電池是國(guó)家發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，比較受關(guān)注。跟我一樣水平的人有很多，不是因?yàn)槲矣卸嗔瞬坏茫皇钱?dāng)下國(guó)家的發(fā)展重點(diǎn)跟我的這點(diǎn)專長(zhǎng)正好對(duì)上了。
記者：聽(tīng)說(shuō)您每周一三五仍然準(zhǔn)時(shí)到辦公室來(lái)，是什么原因讓您在耄耋之年仍在堅(jiān)持工作？
衣寶廉：習(xí)慣了。我搞燃料電池和氫能已經(jīng)有60多年了，對(duì)這個(gè)專業(yè)非常熱愛(ài)，有一種愛(ài)戀感?，F(xiàn)在，我在家里看的東西還是以燃料電池和氫能為主，仍然希望能夠在專業(yè)上進(jìn)一步發(fā)展。
而且，我跟組里的負(fù)責(zé)人，像邵志剛（大連化物所燃料電池研究部部長(zhǎng)）和一些技術(shù)骨干的關(guān)系非常好。他們有的是我的學(xué)生，有的是同事，我愿意跟他們一起討論，提一些有益的建議，希望能對(duì)組里工作有所幫助，對(duì)我自己也有所提高，更希望看到氫能與燃料電池車早日產(chǎn)業(yè)化。
我是一個(gè)農(nóng)民的孩子，我的本科和研究生都是靠助學(xué)金才能完成學(xué)業(yè)。如果沒(méi)有助學(xué)金，我可能“臉朝黃土背朝天”現(xiàn)在還在農(nóng)村種地呢。因此我非常感謝黨和國(guó)家，讓我在本科和研究生階段學(xué)到了從事科學(xué)研究的基礎(chǔ)知識(shí)和方法，又能在國(guó)內(nèi)設(shè)備先進(jìn)的研究所大連化物所工作，在同志們的幫助和協(xié)同下取得一定成績(jī)。因此，我也想在有生之年體力還可以的時(shí)候，能夠回報(bào)國(guó)家和社會(huì)。
盡管年紀(jì)大了，我還是愿意到所里來(lái)上班，還在堅(jiān)持工作，這三點(diǎn)原因缺一不可。
燃料電池車?是氫能應(yīng)用的突破口
記者：隨著政策密集出臺(tái)，氫燃料電池技術(shù)的進(jìn)步和需求量擴(kuò)大，商業(yè)化應(yīng)用前景廣闊。氫燃料電池的優(yōu)勢(shì)是什么？發(fā)展燃料電池對(duì)于保障我國(guó)能源安全和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有什么意義？
衣寶廉：氫燃料電池車先后在2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)試運(yùn)行后，2022年北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)期間，1000多輛氫燃料電池汽車參與交通服務(wù)保障，這種集中示范也展示了氫燃料電池車的一系列優(yōu)點(diǎn)。
第一，燃料電池的比能量高，可以達(dá)到0.5千瓦時(shí)/千克~1.0千瓦時(shí)/千克，是鋰離子電池的幾倍，特別適合重載車和長(zhǎng)途車。
第二，燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電電堆與儲(chǔ)氫罐是分開(kāi)的，運(yùn)行過(guò)程中能夠監(jiān)測(cè)電堆的電壓，電壓出問(wèn)題，就把氫氣的進(jìn)氣閥關(guān)掉，可以避免產(chǎn)生燃燒和爆炸，只要加強(qiáng)氫的檢測(cè)與控制，就可以做到安全無(wú)事故?，F(xiàn)在全世界有8萬(wàn)多輛中國(guó)有1.8萬(wàn)多輛燃料電池車在運(yùn)行，沒(méi)有一起燃燒和爆炸事故發(fā)生。所以盡管氫很容易爆炸和燃燒，但是只要有嚴(yán)格的檢測(cè)和監(jiān)控，車就是安全的。
第三，燃料電池發(fā)電效率為50%至60%，氫還有部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，特別適合在北方寒冷地區(qū)運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)里程不但不縮水，燃料電池廢熱還可為車輛供暖，冬天行駛沒(méi)有里程焦慮。
第四，燃料電池車的加氫時(shí)間比較快，同加油差不多。其續(xù)航里程和駕駛舒適性可以和燃油車媲美。
現(xiàn)在，燃料電池車不僅僅是中國(guó)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，也是國(guó)際能源領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。燃料電池車是氫能應(yīng)用的突破口，如果研發(fā)成功，進(jìn)入大規(guī)模示范和商業(yè)化，對(duì)推進(jìn)氫能在節(jié)能減排中的作用非常重要。我們現(xiàn)在有這樣一個(gè)設(shè)想，希望建立和發(fā)展氫-電供能體系，氫能作為一個(gè)能源載體，最終能代替現(xiàn)在的天然氣和石油，成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有力抓手。
所以，燃料電池的產(chǎn)業(yè)化對(duì)國(guó)家是非常重要的，一個(gè)是解決國(guó)家的能源安全問(wèn)題；一個(gè)是提高我們國(guó)家空氣的潔凈度，解決環(huán)境問(wèn)題。要想做到碳中和，減少二氧化碳排放，一定要發(fā)展氫能，發(fā)展可再生能源。
“風(fēng)口”之下?氫燃料產(chǎn)業(yè)面臨“三貴”瓶頸
記者：當(dāng)前，氫能產(chǎn)業(yè)可以說(shuō)是處于“風(fēng)口”的產(chǎn)業(yè)，“風(fēng)口”之下，有哪些問(wèn)題還需要解決？
衣寶廉：我們亟須解決“三貴”問(wèn)題。
首先，燃料電池電堆和系統(tǒng)制備成本高，導(dǎo)致燃料電池車的售價(jià)是燃油車兩倍多。有一些東西我們還沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化，比如氫氣瓶，35兆帕和70兆帕的氫氣瓶，一個(gè)就要2萬(wàn)多元，只有產(chǎn)業(yè)化以后成本才能降下來(lái)。
第二，綠氫制備、儲(chǔ)運(yùn)和加注的費(fèi)用高，導(dǎo)致現(xiàn)在氫每千克售價(jià)60多元，進(jìn)而導(dǎo)致車的運(yùn)行費(fèi)用也遠(yuǎn)高于燃油車，所以現(xiàn)在要靠政府補(bǔ)貼。只有靠技術(shù)進(jìn)步，降低綠氫制、儲(chǔ)、運(yùn)成本，加氫站加氫的售價(jià)降到每千克30元以下，才能和燃油車競(jìng)爭(zhēng)。
第三，加氫站建設(shè)費(fèi)用貴。加氫站的建設(shè)費(fèi)用是加油站和充電站的幾倍。氫氣壓縮機(jī)、氫的儲(chǔ)罐還有氫加注機(jī)，我們才剛剛開(kāi)始進(jìn)行制備，還沒(méi)有批量化生產(chǎn)。如果實(shí)現(xiàn)設(shè)備批量生產(chǎn)，如氫氣壓縮機(jī)、高壓氫氣瓶與氫加注機(jī)等，就可以降低加氫站費(fèi)用。
預(yù)計(jì)2030年前后?燃料電池轎車能進(jìn)入尋常百姓家
記者：普通百姓也能開(kāi)著燃料電池車上路，我們距離這個(gè)目標(biāo)還有多遠(yuǎn)？現(xiàn)在市場(chǎng)化的瓶頸是什么？
衣寶廉：現(xiàn)在，我國(guó)燃料電池車還處于靠政府補(bǔ)貼的大規(guī)模示范運(yùn)行階段，還不能實(shí)現(xiàn)無(wú)補(bǔ)貼的商業(yè)化運(yùn)行。我們最容易體驗(yàn)到的是燃料電池公交大客車，現(xiàn)在大連在高新區(qū)和金普新區(qū)有燃料電池公交車在運(yùn)營(yíng)，大家可以去乘坐，很安靜。
現(xiàn)在轎車示范運(yùn)行也開(kāi)始了，如在廣東，采用東風(fēng)汽車旗下品牌啟辰的首款氫燃料電池車型，已在廣州花都區(qū)開(kāi)啟商業(yè)化示范運(yùn)營(yíng)，為期36個(gè)月。啟辰大V氫境搭載由東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的60kW燃料電池系統(tǒng)，額定功率為60kW，配備最大功率160kW的單電機(jī)，儲(chǔ)能電池則為弗迪磷酸鐵鋰電池，加滿氫只需5分鐘。采用氫電雙驅(qū)，滿氫滿電續(xù)航里程可達(dá)500公里。
只有當(dāng)氫源和燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)售價(jià)降到與燃油車差不多，氫能高速聯(lián)網(wǎng)，市內(nèi)加氫站基本普及時(shí)才能進(jìn)入尋常百姓家。按現(xiàn)在燃料電池車的成本、氫源價(jià)格的下降速度和加氫站建設(shè)速度，預(yù)計(jì)在2030年前后，會(huì)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，燃料電池轎車能進(jìn)入尋常百姓家。
燃料電池車和氫源降價(jià)要依靠技術(shù)進(jìn)步。首先，科學(xué)家要突破“卡脖子”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料與部件產(chǎn)業(yè)化。比如高壓氫氣瓶，科學(xué)家跟企業(yè)家攜手，把制備流程工藝搞清楚并進(jìn)行批量生產(chǎn)。燃料電池的電催化劑，我們要能自己做出來(lái)，低鉑，高性能，而且性能要等于或優(yōu)于國(guó)際催化劑。
產(chǎn)業(yè)化了，對(duì)國(guó)家對(duì)人民才有益。當(dāng)然，我們科學(xué)家只能解決技術(shù)問(wèn)題，要想產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，那就要靠企業(yè)家去努力，因?yàn)橹挥信可a(chǎn)才能把成本降下來(lái)。
第二，科研工作者還要繼續(xù)進(jìn)行科技創(chuàng)新，提高各個(gè)關(guān)鍵材料和部件的性能，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。比如提高燃料電池的比功率，將燃料電池工作電流密度由現(xiàn)在每平方厘米1.5安培~2.0安培提高到4安培~5安培，就能實(shí)現(xiàn)同樣一個(gè)電堆，輸出的功率增加一倍多。燃料電池是按千瓦賣的，現(xiàn)在一個(gè)電堆賣10萬(wàn)元，性能提升后，價(jià)格就降到5萬(wàn)元了。這個(gè)過(guò)程需要科研工作者、科學(xué)家和企業(yè)家、工人共同努力，把燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)從現(xiàn)在的1千瓦3000元左右，到2030年能夠降到500元~1000元，這樣燃料電池車就可以商業(yè)化，可以進(jìn)到尋常百姓家。
第三就是構(gòu)建氫能高速網(wǎng)絡(luò)體系。現(xiàn)在的示范主要以商用車為主，因?yàn)樯逃密嚨男旭偮肪€是固定的，在相關(guān)線路上建一個(gè)或者兩個(gè)加氫站，這條線路就可以開(kāi)起來(lái)。轎車要到處跑，城市里加氫站的密度就需要增加，而且氫能高速要聯(lián)網(wǎng)。燃料電池車受到一個(gè)最大的制約就是加氫站。我們國(guó)家現(xiàn)在有400多個(gè)加氫站，數(shù)量世界第一，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，希望到2030年，我國(guó)的加氫站能有幾千個(gè)，這樣，燃料電池車可以在主要城市之間跑起來(lái)。
商用燃料電池車國(guó)際領(lǐng)先?基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵材料還有差距
記者：近年來(lái)，您帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)拓了新一代金屬板車用燃料電池技術(shù)、兆瓦級(jí)PEM電解水制氫（質(zhì)子交換膜水電解制氫）技術(shù)等，新一代金屬板車用燃料電池技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)？您和團(tuán)隊(duì)當(dāng)前正在做的研究是什么？
衣寶廉：原先我們采用的是復(fù)合雙極板，即金屬分割板和膨脹石墨流場(chǎng)，它比較厚，電堆體積比功率都比較低。為了提高電堆的比功率，研發(fā)了表面改性的金屬雙極板。解決了薄板沖壓成型、激光焊接與表面改性技術(shù)問(wèn)題，已經(jīng)在安徽的明天氫能建立生產(chǎn)線?，F(xiàn)在大連的國(guó)創(chuàng)氫能又研發(fā)成功薄鈦雙極板。
我們?cè)趪?guó)內(nèi)最早解決了電解水的膜電極制備問(wèn)題，它與燃料電池的MEA（膜電極）的區(qū)別是解決電解析氣時(shí)膜電極不分層，并解決了電解雙極板的導(dǎo)電與成型問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)最早研制成功兆瓦級(jí)PEM電解槽。目前我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的單槽兆瓦級(jí)的電解槽已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用。
我們的燃料電池技術(shù)不斷進(jìn)步，去年年底，大連化物所成功開(kāi)發(fā)了單堆300千瓦的氫空燃料電池，為未來(lái)重卡、船舶、機(jī)車和新能源飛機(jī)的氫能應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
記者：我國(guó)的燃料電池技術(shù)在國(guó)際上處于什么位置？
衣寶廉：我國(guó)燃料電池車在國(guó)際上可以說(shuō)是領(lǐng)先的。燃料電池商用車車型最多、示范最多，也最先進(jìn)行燃料電池商用車大規(guī)模示范。我們?cè)谌剂想姵匕l(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)、廢熱利用等方面的技術(shù)是領(lǐng)先的，雙極板、膜電極三合一制備技術(shù)也達(dá)到國(guó)際水平。但在基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵材料如高強(qiáng)度碳纖維，高壓氫氣瓶的瓶口閥與電催化劑批量生產(chǎn)，增強(qiáng)薄的質(zhì)子交換膜、電堆內(nèi)各單池的一致性等方面還有差距。現(xiàn)在日本和韓國(guó)燃料電池轎車做得比我們先進(jìn)，價(jià)格較低，并基本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。我們要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，通過(guò)科技攻關(guān)與創(chuàng)新，縮小差距，盡快實(shí)現(xiàn)燃料電池車的商業(yè)化。
記者：大連當(dāng)前正通過(guò)政策引導(dǎo)和應(yīng)用示范同向發(fā)力，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。請(qǐng)您給大連的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提一點(diǎn)兒建議。
衣寶廉：首先要利用大連的優(yōu)勢(shì)，大幅度降低氫燃料的成本。大連的條件非常好，既有海灘、核電，又有副產(chǎn)氫，所以我們的氫不靠政府補(bǔ)貼就可以把價(jià)格降得很低。大連的氯堿廠、氯酸鹽廠的副產(chǎn)氫，加點(diǎn)催化劑就能凈化，很容易。其生產(chǎn)的氫氣也很便宜，估計(jì)每千克也就20元左右，可用作示范燃料電池車的燃料。這樣，大連的燃料電池車運(yùn)行費(fèi)用就比燃油車還低。同時(shí)，我們還可以開(kāi)展核電和海上風(fēng)電電解水制氫示范，為加氫站提供廉價(jià)綠色氫源。
第二要資助燃料電池基礎(chǔ)和創(chuàng)新研究，如制備低鉑、高活性電催化劑與試生產(chǎn)。增強(qiáng)質(zhì)子交換膜與膜電極三合一制備生產(chǎn)線與批量生產(chǎn)等，降低燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本。希望政府能提供基金或風(fēng)險(xiǎn)投資來(lái)支持這一部分，只有這部分發(fā)展起來(lái)了，車的成本才能降下來(lái)。
第三要與省內(nèi)、國(guó)內(nèi)、國(guó)際建立廣泛合作關(guān)系。建立穩(wěn)定廉價(jià)的空壓機(jī)、儲(chǔ)氫瓶、氫氣壓縮機(jī)等供應(yīng)鏈。建議大連每年舉辦一次氫能領(lǐng)域的國(guó)際會(huì)議，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外技術(shù)交流與合作。
①⑥衣寶廉接受記者采訪。大連新聞傳媒集團(tuán)記者謝小芳 攝
②③④⑤衣寶廉早年工作場(chǎng)景。采訪對(duì)象提供資料照片
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