在燃料电池发动机成本控制关键技术研究方面,国外一方面研究低铂燃料电池技术,减少催化剂用量,另一方面研究催化剂抗毒性,降低其运行成本,同时还开发非铂催化剂来代替贵重金属Pt。在低铂燃料电池技术方面,目前国外已经研制低铂用量燃料电池电堆。通用公司通过采用核壳型合金催化剂、有序化MEA等技术,不但提高了燃料电池性能,而且Pt担量也得到了大幅度降低,一台燃料电池发动机中贵金属催化剂Pt的用量从上一代的80g降低到30g,并计划于2015年降低到10g。丰田公司开发的燃料电池电堆Pt用量也降低到原来的30%。催化剂抗毒性已经成为国际研究热点,国外科研机构试图通过提高催化剂抗毒性,使燃料电池可以直接利用粗氢发电,从而降低其运行成本。在非铂燃料电池技术方面,国际积极开发其它类型如碱性聚合物膜燃料电池,实现催化剂材料非Pt化,从而降低燃料电池发动机成本。2010年4月,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室宣布,该研究机构已经开发出由碳、铁、钴组成的催化剂,其成本非常低,而其性能可以和铂基燃料电池电堆最高水平相比,且在遏制过氧化氢产生等方面明显优于铂基燃料电池电堆。一系列研究成果直接推动燃料电池汽车成本降低,据美国DOE估计,燃料电池系统成本已由2002年的275美元/kW降低至2009年的62美元/kW (按50万套产量测算)。近期丰田公司高层公开宣布,2015年将实现燃料电池汽车零售价5万美元/辆的目标。此外,随着新研制非铂催化剂大量使用,燃料电池汽车成本还将进一步降低。我国于“十一五”末期已经开始开展燃料电池汽车成本控制研究,受限于燃料电池发动机和氢气存储系统成本,燃料电池轿车成本仍然很高。
(三)高压储氢系统技术
从表1可以看出,目前国外主流燃料电池汽车车型均采用70MPa的氢气存储和供给系统,而国内燃料电池汽车的高压氢气存储系统压力仍然维持在35MPa水平,这一定程度上影响了我国燃料电池汽车整车续驶里程能力。与此同时,国内35MPa的氢气存储和供给系统中的传感器、阀门等零件还依赖进口,直接导致氢气存储与供给系统成本过高。
四、 燃料电池汽车与纯电动汽车技术对比分析
与纯电动汽车相比,燃料电池汽车具有续驶里程长、低温冷启动性能好和能量补充快等优点(见表2),但产品成本高和基础设施稀缺;燃料电池汽车性能基本满足用户需求,必将成为未来高端纯电驱动车辆主体车型。随着新型非铂催化剂的研制成功和应用,燃料电池汽车成本将进一步降低,燃料电池汽车市场化进程将大幅提速。
表2 纯电动、燃料电池及传统内燃机对比分析表
五、 存在问题和建议
(一)技术创新与研发投入