中美歐舉國體制的集體寵兒-氫燃料電池

以新型舉國體制優勢強化國家戰略科技力量已成為中國的一項基本國策，其實踐對象包括了氫燃料電池技術。

但是，對于氫燃料電池車輛而言，不僅僅只有中國，歐盟和美國也在以舉國體制進行研究和開發。

/中國篇/

十八大報告指出：“實施創新驅動發展戰略。科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。”并強調要“完善知識創新體系”，“搶占科技發展戰略制高點”。

為落實“十四五”期間國家科技創新有關部署安排，國家重點研發計劃啟動實施“氫能技術”和“新能源汽車”重點專項。根據重點專項實施方案，“氫能技術”重點專項以推動能源革命、建設能源強國等重大需求為牽引，系統布局氫能綠色制取、安全致密儲輸和高效利用技術。“新能源汽車”重點專項解決新能源汽車產業卡脖子關鍵技術問題，突破產業鏈核心瓶頸技術。

近期，國家重點研發計劃“新能源汽車”重點專項燃料電池項目2022年度擬立項項目公示，

列出燃料電池重點專項牽頭單位。

項目名稱：乘用車用高功率密度燃料電池電堆及發動機技術；牽頭單位：國家電投集團氫能科技發展有限公司。

項目名稱：重卡用高載荷長壽命燃料電池電堆及發動機技術；牽頭單位：上海重塑能源集團股份有限公司。

上述兩個項目研究內容和考核指標如下：

商用車用大功率長壽命燃料電池電堆及發動機技術(共性關鍵技術)

研究內容：

研發適用于重載車輛的大功率燃料電池發動機的高效長壽命供氫、供氣、水熱管理、DC/DC 等核心部件；

研究重載車輛用大功率燃料電池發動機多功率模塊控制技術；

研究重載 車輛燃料電池動力系統匹配與集成及系統仿真技術；

開展大功率燃料電池發動機低溫冷啟動、環境適應性（高低溫、高海拔）、電磁兼容（EMC）等測試與評價方法研究，建立重載車輛燃料電池發動機的快速測評規范。

研究涵蓋初始加載方法、循環工況加載方法、性能復測方法以及氣密性和絕緣電阻復測方法，以及燃料電池發動機經耐久試驗后的電壓衰減、功率衰減、效率衰減等評價指標，并研究制定相關國家標準或指導性技術文件；

研究長壽命電堆的膜電極、雙極板及其匹配技術，研究大功率電堆的高可靠集成和控制技術，研發電堆的長壽命控制策略和電堆高效運行操作邊界設計方法及加速測試驗證技術；

研究重載車輛燃料電池電堆及發動機批量化制造的裝備技術，形成批量化生產能力。

考核指標：

采用項目研發的空壓機和氫循環系統集成的燃料電池發動機，額定功率≥300千瓦；

在峰值功率下，質量功率密度≥550瓦/公斤、體積功率密度≥600瓦/升；

最高效率≥60%，額定效率≥50%；

系統最高工作溫度≥95℃，實現-40℃儲存與-30℃低溫自啟動；

3000米海拔額定功率損失不超過20%；

5000小時工況循環測試后額定功率下效率衰減≤5%；

平均無故障運行時間≥1000小時，

批量化產能≥10000臺/年，完成裝車驗證和整車產品公告，制定商用車燃料電池發動機耐久性測試團體標準/國家標準征求意見稿1項。

采用項目研發的質子交換膜、炭紙、催化劑、膜電極和雙極板集成的燃料電池電堆，

峰值功率≥200千瓦；

在峰值功率下，質量功率密度≥3.0千瓦/公斤、體積功率密度≥4.0千瓦/升；

最高工作溫度≥95℃，支持-40℃低溫啟動；

5000小時工況循環測試后額定功率下效率衰減≤5%，同時，按照國標340h測試預測耐久性大于20000小時后，額定功率下效率衰減≤10%；

形成批量化生產能力，萬套級電堆成本≤700元/千瓦。

/歐盟篇/

歐盟Clean Hydrogen JU

歐盟多年來一直支持氫的研究和創新。Clean Hydrogen JU是Fuel Cell and Hydrogen JUs (FCH JU and FCH 2 JU)的延續，其目標是確保發展全氫供應鏈，為歐洲經濟服務。

根據Clean Hydrogen JU的新計劃結構，7個“支柱”包括氫生產、氫儲存和分配、氫最終用途-運輸、氫最終使用-清潔熱和電力、交叉問題、氫谷和氫供應鏈。每個支柱都由一組研究領域組成，這些研究領域對涵蓋類似相關主題的項目進行分組。

氫氣儲存和分配（支柱2）對于建立儲存和運輸氫氣的必要物流基礎設施至關重要。共有11個項目研究了各種運輸和儲存氫氣的方案。

支柱3包括28個項目，包括實現這些目標的研究項目和示范舉措，分為七個研究領域：燃料電池組和燃料電池系統技術及車載儲氫、航空、重型車輛、水上應用、鐵路應用、公共汽車/客車和汽車，包括

燃料電池堆和燃料電池系統技術：

盡管目前有用于運輸和固定應用的商用PEM FC系統，但其耐久性需要進一步改進。FC系統的性能損失仍然是氫燃料電池在工業和運輸中廣泛推廣的瓶頸。

限制質子交換膜燃料電池技術廣泛應用的另一個困難是使用昂貴和稀有材料，主要是PGM金屬。在盡量減少PGM材料的使用的情況下，保持FC堆的令人滿意的分級率是一個持續的挑戰。低PGM負載催化劑在使用初期能夠提供非常好的性能，但這種低PGM加載材料的降解率仍然不令人滿意，需要開發。

車載氫儲存：車載壓縮氫儲存技術已經建立。最先進的壓縮氫儲存系統由碳纖維復合材料增強容器組成。一個關鍵問題是通過減少碳纖維的使用量來降低儲罐的成本，同時保持儲罐的性能和安全性。一項重要的技術進步是開發可成型儲罐，通過調整儲罐形狀以適應車輛的可用自由空間，可優化儲存的氫氣體積。液態低溫氫氣被設想為一種解決方案，用于在重型車輛和海上船舶以及未來的鐵路和航空應用中儲存大量氫氣。

重型車輛：

燃料電池和氫氣卡車被認為是重型公路貨運脫碳的最佳選擇之一。燃料電池卡車（FCT）可能最適合遠程任務和最繁忙的貨物，與電池或架線供電式卡車等其他解決方案相比，可以連接到更偏遠的地區。下圖顯示了將部署氫燃料電池長途卡車（H2Haul項目）和垃圾車（REVIVE項目）的國家。

支柱3的29個項目的參與者

H2Haul項目將在4個歐洲國家部署16輛卡車（包括高達44噸的載貨車和鉸接車輛），這些卡車將在日常服務中運行至少兩年。將升級兩個現有的HRS，此外，還將部署四個用于卡車加氫的新HRS。H2Haul旨在顯著提高重型卡車的技術成熟度，重型卡車由兩大歐洲原始設備制造商IVECO和VDL ETS開發，將使用3家供應商的燃料電池。

2021開始的項目，包括STASHH、IMMORTAL和MORELIFE，將致力于實現重型車輛燃料電池的標準化，并延長使用壽命。

“Large scale demonstration of European H2 Heavy-Duty Vehicle along the TEN-T corridors” 項目將應用至少150輛氫燃料電池卡車

/美國篇/

本來想寫寫美國的氫燃料電池重卡研究項目，限于篇幅限制只好等以后有機會了，讀者有興趣可以看看之前卡車技術前線關于美國氫戰略的文章。

從卡車行業視角看美國《國家清潔氫戰略與路線圖》（草案）

舉國之力，共襄盛舉。

氫燃料電池果然未來不可限量嗎？