张国宝：关于燃料电池的一些思考

文/张国宝

国家发改委原副主任、国家能源局原局长

3月27日，中国能源报在其微信平台上发表了我的一篇文章，题目是“张国宝：我对锂电池一直有些疑虑”。写那篇文章的本意是提醒大家关注技术路线的判断和选择，而不是故意打压锂电池的研究与发展。文中列举的例子也是我工作生涯中亲历的事情。可能是因为能源报用的标题吸引人，那篇文章发表后不同的群体有不同的反应，这很正常，是很健康的学术争论。

现在无论国内外都认识到储能技术的重要性，是能源领域的一个热点，电动汽车技术中动力电池是一个关键，关乎到电动汽车的发展前景，有人已经担心争先恐后上锂电池项目会不会引起过热，另有报道丰田、本田都开发出了氢燃料电池作为电动汽车的动力电池，我认为在这个时候来点冷静的思考或许有点参考价值。

关于燃料电池技术我在工作中有所接触，20多年前我陪同陈锦华老主任访问德国时，本茨公司就用氢燃料汽车去迎接我们。万钢同志回国到同济大学任教时我正分管计委科技司，曾支持过他研究燃料电池汽车。也陪同中央领导同志视察大连化物所的燃料电池。但老实说我对燃料电池知之也不多，好在我的朋友圈中不乏对这一技术比较了解的人士，我也虚心请教他们。首先我感到最近谈论这一话题时，很多人对此也很陌生。有人把氢燃料电池和燃烧氢气获得能量再发电相混淆，这是完全不同的。燃料电池是一种发电装置，严格讲它不能算储能的电池。它不是靠燃烧氢气产生能量的。燃料电池是电化学反应，燃料化学能到电能的转化效率理论上可以到100%。燃烧发电是化学能到热能再到机械能再到电能的转化，理论最高效率受卡诺循环限制。

燃料电池的能源资源很多：有气体的如氢气、天然气、合成气等；有液体的如甲醇、乙醇、二甲醚等；还有固体的如镁、铝、锌等。通过上述燃料获得的氢分子在催化剂的作用下，在阳极发生电化学氧化反应，电子流经外电路放电作功，质子或氢氧根离子经电解质/膜迁移至阴极与空气中的氧气或其它氧化剂反应生成水、二氧化碳等产物。这就是燃料电池的简单工作原理。简言之，燃料电池和直接燃烧氢或天然气的汽车不同，它不是靠燃烧产生能量再发电，是化学反应产生电能来驱动汽车。

燃料电池的优点在于，只要不断提供燃料来源则可持续稳定发电。相比于目前电储能方式，燃料电池重量轻，储存的能量密度高，环境友好，兼具常规电池与油机优点，功率小至次瓦级，大到兆瓦级，且补充燃料的时间也像我们平常加油一样比较短，还可以利用现有的加油站设施。

燃料电池也有缺点：燃料电池系统复杂，必须找到合适的电催化剂、电解质膜等，成本较高。日本等国的研究是努力降低整个系统的成本，特别是催化剂的成本。相比于前几年，目前催化剂的成本已有较大降低。

去年3月份，丰田宣布放弃对混合动力的研究，筹资5000亿日元（约50亿美元），全力投入燃料电池的研究。记得上世纪80年代，在通用、福特等美国公司全力投入纯电动研究，欧洲公司投入汽车柴油化研究时，丰田却不跟随，它全力投入混合动力的研究。事实证明，丰田当时的选择是对的。那时电池昂贵，续航里程短，废旧电池处理无解决方案，还存在二次污染等问题，纯电动汽车发展举步维艰，所以丰田的普瑞斯混动车一骑绝尘，领先各大车企。

电动汽车技术发展到今天，电池成本已经大幅度下降，并将有大的突破，后污染等问题也有望有了解决方案，但丰田在综合分析判断后，还是决定加大燃料电池的投入，说明丰田更看好燃料电池。最近有报道说，本田已经开发出了一款可以续航750公里的燃料电池汽车。日本的动向值得我们注意。

我的直感告诉我，燃料电池汽车（不仅是乘用车）技术，包括车载直接制氢，有可能在今后得到很大的突破，并有可能取得相当的市场份额。其实我对锂电池也是相当关注的，我在分管计委科技司和高技术司时支持过天津的神力，和比亚迪的王传福也可以说是老朋友了，去年我还推荐比亚迪的电动汽车给联合国经社理事局获奖。甚至可以说我是中国最早认识和接触马斯克先生的人。对未来哪种动力电池会胜出我们都是分析讨论，但我也观察到不同研究和从业背景的人会有不同的倾向，搞锂电池研究的人会对锂电池有偏好，在这一点上我比较超脱，我没有预设框框，也没有特殊的偏好。至少我认为解决偏远地区独立供电区的储能，锂电池未必是唯一的或是较好的选择，全钒液流电池在安全性等综合因素考虑中有很强的竞争性。这是我和专事从事锂电池研究人的不同。