近日,由氫能觀察主辦的CHEC2021世紀氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)大會上，加拿大國家工程院院士張久俊針對氫能發(fā)展的必要性以及燃料電池催化劑關鍵技術為參會代表進行了分享。
燃油車尾氣排出的CO2、CO、NOx、Sox、VOC，等對環(huán)境的污染引發(fā)一系列的社會問題，對人類發(fā)展的持續(xù)性帶來威脅。世界各主要發(fā)達國家都把發(fā)展新能源汽車（電動車）作為國家發(fā)展戰(zhàn)略。張久俊指出，用電動車替代燃油車是大勢所趨，從現(xiàn)在起逐步進行。德國宣布到2030年、法國宣布到2040年、英國宣布到2040年，印度宣布到2030年，中國到2050年要淘汰全部汽油車和柴油車。

目前，世界汽車保有量是約17億輛，其中中國目前汽車保有量是2.7億輛。2016年國際能源署曾表示，要實現(xiàn)“巴黎協(xié)定”中把全球平均氣溫控制在工業(yè)革命前水平以上2℃之內(nèi)的目標，到2040年全球電動汽車數(shù)量需達到6億輛。當前全球范圍內(nèi)發(fā)展新能源的最熱點是新能源電動汽車，并有爆發(fā)趨勢。

新能源動力汽車的核心部件是動力電池 （電化學電源），目前全球主要經(jīng)濟體都已將發(fā)展燃料電池上升為國家戰(zhàn)略。新能源電動汽車主要有全電、插電、油電混動和燃料電池四種。全球范圍來看，世界主要發(fā)達國家都十分看重氫能的發(fā)展，目前氫能和燃料電池已在一些細分領域初步實現(xiàn)了商業(yè)化。

車用質(zhì)子交換膜燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高（60-70%）、環(huán)境友好、運行噪音低、構造簡單等特點。車用燃料電池主要由質(zhì)子交換膜燃料電池催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板、膜電極及電堆、燃料電堆系統(tǒng)等組成。目前，我國30~120kW系列氫燃料電池電電耦合動力系統(tǒng)主要用在乘用車及商用車上。
張久俊表示，降低燃料電池成本是通向真正產(chǎn)業(yè)化的關鍵，其中降低膜電極（催化劑和膜）及雙極板的成本至關重要。美國能源部（ DOE ）規(guī)定，為了實現(xiàn)商業(yè)化目標，燃料電池系統(tǒng)需滿足以下要求，功率密度：燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)達到850W/L；耐久性：長期目標達到8000小時；規(guī)模生產(chǎn)成本：長期達到30美元/kW。目前，我國氫燃料電池單電池的運行目標則是2A/cm2下電池電壓大于0.65 V；Pt催化劑的ORR質(zhì)量活性大于現(xiàn)有Pt催化劑的5倍；膜電極氧氣傳輸速率大于現(xiàn)在膜電極的2倍。

隨后，張久俊從載體材料的篩選、物理化學性能測試及穩(wěn)定性等方面詳細介紹了氫能燃料電池非碳支持體催化劑。他表示，燃料電池耐久性是真正產(chǎn)業(yè)化的最大需求之一，碳支持體在燃料電池長期操作下，尤其是小電流（高槽電壓）下會被氧化，降低耐久性甚至失效！

最后，張久俊對質(zhì)子膜燃料電池未來的發(fā)展進行了展望，他表示，質(zhì)子膜燃料電池已被認為是電動車的終極主力電源，目前，降低燃料電池的成本、提高其耐久性及發(fā)展加氫站是氫能利用的主要努力方向。應集中在催化劑、膜、膜電極與雙極板等方面。

發(fā)展非碳或少碳支持體的合金催化劑，是提高燃料電池催化劑耐久性和降低成本的主要途徑之一。開發(fā)了高效的核殼結(jié)構支持體的合金催化劑，具有3倍于商業(yè)47%Pt/C 催化劑的ORR質(zhì)量活性和1.2倍的耐久性。
鏈接：近年來，我國每年純度99%以上氫氣的使用量約700億立方米（約600萬噸），年產(chǎn)值1200億元人民幣以上。目前國內(nèi)發(fā)展氫能的生產(chǎn)方式，主要有煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫，其中工業(yè)副產(chǎn)氫追溯其上游一次能源主要還是煤和天然氣。因此，目前國內(nèi)氫能生產(chǎn)主要還是依靠化石能源，而電解水制氫僅占比2%—4%，占比較為有限。對于氫能的消納，國內(nèi)90%左右的氫氣都用于煉化產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的加氫，以及合成氨、合成甲醇、石油煉化等化工領域，僅有2%—4%的氫氣作為工業(yè)氣體用于冶金、鋼鐵、電子、建材、精細化工等行業(yè)的還原氣、保護氣、反應氣等，而在燃料電池汽車領域氫能的利用更少。總體看，目前我國具備一定的氫工業(yè)基礎，但仍然以工業(yè)原料為主。氫作為能源消費的市場規(guī)模依然較小。

在氫能和燃料電池發(fā)展方面，我國也一直不落后。2016年10月，中國標準化研究院資源與環(huán)境分院和中國電器工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書（2016）》首次提出了我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖。對我國中長期加氫站和燃料電池車輛發(fā)展目標進行了規(guī)劃。《中國制造2025》明確提出燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃，更是將發(fā)展氫燃料電池提升到了戰(zhàn)略高度。目前不論是國內(nèi)的氫能技術，還是氫能產(chǎn)業(yè)基礎，雖然都具有一定的戰(zhàn)略規(guī)模，但是與國際最先進水平還有一定的差距。