中科嘉鴻“高溫甲醇燃料電池產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”簽約（左二）

（以下為孫老師報(bào)告原稿）

      尊敬的蔡區(qū)長(zhǎng)、譚局長(zhǎng)，各位領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓，尊敬的各位專(zhuān)家、各位同仁，大家好。我叫孫公權(quán)，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，今天匯報(bào)的題目是：“甲醇燃料電池研究開(kāi)發(fā)進(jìn)展”。

      我們這次到佛山參加國(guó)際氫能大會(huì)，大家討論的話(huà)題總離不開(kāi)能源。從歷史上來(lái)看，能源和動(dòng)力確實(shí)對(duì)人類(lèi)文明的發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。比如說(shuō)早在遠(yuǎn)古時(shí)期，人們發(fā)現(xiàn)了火，利用木炭使得人類(lèi)文明取得了快速發(fā)展。煤炭的使用以及蒸汽機(jī)的出現(xiàn)引領(lǐng)和帶動(dòng)了第一次工業(yè)革命。石油的普及、內(nèi)燃機(jī)的誕生引發(fā)了第二次工業(yè)革命，以至于我們今天的現(xiàn)代文明。當(dāng)然，隨之而來(lái)的環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重。人們一直在思考，后石油時(shí)代我們用什么能源？我記得在初中的時(shí)候，老師說(shuō)全球石油再有50年就用盡了。到了大學(xué)的時(shí)候老師又說(shuō)全球的石油再用一百年就用盡了。最近一些專(zhuān)家也在預(yù)測(cè)說(shuō)全球石油資源再有兩百年可能就用盡了。其實(shí)多少年并不重要，從理論上來(lái)講，化學(xué)資源消耗殆盡是不可避免的。石油資源枯竭以后，我們究竟用什么能源，一直是全人類(lèi)所要思考的一個(gè)問(wèn)題。最近一些年專(zhuān)家提出不同的方案。比如說(shuō)核能，上個(gè)世紀(jì)70年代提出的ETER計(jì)劃。還有太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能等，其實(shí)每個(gè)方案都有它的一些優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有一些挑戰(zhàn)。在眾多的能源里邊，氫能無(wú)疑是比較理想的一條技術(shù)路線(xiàn)。

      從水轉(zhuǎn)化成氫氣，氫氣能做很多很多事情。比如說(shuō)氫氣的燃燒，像我們現(xiàn)在航天用的液氫發(fā)動(dòng)機(jī)是用燃燒原理。氫氣還能用于生產(chǎn)化學(xué)品，加氫反應(yīng)是化工領(lǐng)域很重要的一類(lèi)反應(yīng)。氫氣還可以用來(lái)發(fā)電，主要通過(guò)燃料電池，高效清潔轉(zhuǎn)化成電能，有了電能，我們開(kāi)車(chē)、開(kāi)船、開(kāi)飛機(jī)都有可能變成現(xiàn)實(shí)。最大的好處是它的產(chǎn)物是水，所以這個(gè)循環(huán)是比較理想的。當(dāng)然發(fā)展過(guò)程當(dāng)中也有一些痛點(diǎn)，比如氫的制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加注。此外，如果說(shuō)我們的氫氣來(lái)源是從化石燃料過(guò)來(lái)的，它的潔凈、高效也受到一定的垢病。最近一些年，大約2006年，國(guó)際諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者喬治A.奧拉出了一本書(shū)，叫《跨越油氣時(shí)代：甲醇經(jīng)濟(jì)》，其實(shí)這個(gè)甲醇經(jīng)濟(jì)和氫能經(jīng)濟(jì)大體上差不太多，都用了氫。在甲醇經(jīng)濟(jì)里邊核心的是用能源介質(zhì)甲醇替代氫能源介質(zhì)。實(shí)際上甲醇也跟氫差不多，氫干的事甲醇也可以干。比如說(shuō)甲醇可以燃燒。可以用做燒鍋爐，甚至吉利汽車(chē)用甲醇來(lái)開(kāi)汽車(chē)。甲醇也可以做成化學(xué)品，比如MTO把甲醇做成乙烯，這個(gè)市場(chǎng)是巨大的。第三塊，甲醇也可以通過(guò)燃料電池來(lái)發(fā)電，開(kāi)車(chē)、開(kāi)船、開(kāi)飛機(jī)都是可能的。問(wèn)題就在于它的產(chǎn)物有二氧化碳，所以它不能說(shuō)是一個(gè)無(wú)碳經(jīng)濟(jì)，應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)少碳經(jīng)濟(jì)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，如果這個(gè)二氧化碳通過(guò)陽(yáng)光又回到甲醇、乙醇了，那么這個(gè)循環(huán)就是非常非常地令人向往了。所以現(xiàn)在叫甲醇經(jīng)濟(jì)。無(wú)論是氫能經(jīng)濟(jì)也好，甲醇經(jīng)濟(jì)也好，其中燃料電池都發(fā)揮著重要的作用。對(duì)于燃料電池，我們國(guó)家經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)研究開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在可謂遍地開(kāi)花了。我們可以看到除了西北、東北地區(qū)以外，國(guó)內(nèi)絕大部分省市都投入大量的人力和財(cái)力。當(dāng)然，像我們佛山這么投入的還是很少的。根據(jù)秘書(shū)處統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，從整個(gè)行業(yè)來(lái)看，技術(shù)成熟度還是顯著提高，商業(yè)化進(jìn)程加快。到目前為止，主要還是以氫質(zhì)子交換膜燃料電池為主。過(guò)去的5年時(shí)間里復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)40%。甲醇燃料電池現(xiàn)在還不普及，應(yīng)該說(shuō)是后起之秀，方興未艾。從資本來(lái)看，在過(guò)去的3年時(shí)間里，累計(jì)資本進(jìn)入到燃料電池領(lǐng)域大概2400多億。我們知道氫能小鎮(zhèn)、氫谷、氫能源比比皆是，當(dāng)然這里不否認(rèn)也有一些水分，像我們佛山南海這么干的，還是全國(guó)少有的。新增企業(yè)在過(guò)去3年時(shí)間里邊超過(guò)1000多家，當(dāng)然也有許多企業(yè)消失了，原因很復(fù)雜。到目前為止，國(guó)家的政策導(dǎo)向持續(xù)利好。

      對(duì)于甲醇燃料電池，它的原理和氫燃料電池幾乎類(lèi)似。它跟傳統(tǒng)的一次電池、二次電池相同，都是陽(yáng)極陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。從工作方式來(lái)看，跟我們傳統(tǒng)的汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)非常類(lèi)似，只要你不斷地提供燃料它就會(huì)持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電，所以它在儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)确矫孢€是有很多優(yōu)勢(shì)的。對(duì)于甲醇燃料電池，最近幾年也有一些誤區(qū)，這里邊我簡(jiǎn)單就介紹一下。其實(shí)它從技術(shù)種類(lèi)來(lái)看又分三類(lèi)，一類(lèi)叫做直接甲醇燃料電池。它的做法是甲醇原料現(xiàn)在用工業(yè)醇，直接到電堆里邊發(fā)電，轉(zhuǎn)化效率相對(duì)低一些，通常是用于1000瓦以下的系統(tǒng)。第二類(lèi)是大家熟悉的甲醇重整燃料電池。這個(gè)做法就是甲醇燃料通過(guò)催化重整得到了混合氣，但是這個(gè)混合氣很糟糕的就是它含有大量的CO，通常要超過(guò)3萬(wàn)個(gè)PPM。大家知道CO對(duì)燃料電池是一個(gè)毒物，要通過(guò)三級(jí)分離凈化，得到混合氣中CO的含量要小于10個(gè)PPM，這個(gè)時(shí)候才可以用到燃料電池里邊去。由于它的分離凈化系統(tǒng)龐大，所以這套系統(tǒng)往車(chē)上用，尤其是乘用車(chē)上用，難度比較大。第三類(lèi)叫做高溫甲醇燃料電池。這種也是通過(guò)重整得到混合氣，這個(gè)混合氣不需要分離凈化，直接進(jìn)入到電堆里面去。它為什么能工作？得益于我們提高了溫度，到了160度至180度，這么高的溫度nafion膜肯定是不可以的，因?yàn)槲覀冎烂绹?guó)杜邦的nafion膜工作溫度通常是60到80度，所以這個(gè)高溫膜就非常重要。其實(shí)，對(duì)于任何學(xué)電化學(xué)的人都知道，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)只要它符合Arrhenius方程的，每提高10度，電極反應(yīng)速率通常增加2—4倍，如果提高100度，這個(gè)電極反應(yīng)速度是非常高的，而且在150度以上CO的毒化又是可以大幅降低的，所以這么好的一個(gè)買(mǎi)賣(mài)大家都知道，為什么這么長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)做成呢，我記得95年在美國(guó)的時(shí)候很多大學(xué)里邊都有專(zhuān)門(mén)高分子系、化學(xué)系開(kāi)展這種耐高溫甲醇燃料電池的研究，很遺憾，20多年進(jìn)展緩慢，關(guān)鍵是卡在這一張膜上。

      甲醇燃料電池的技術(shù)體系跟氫完全是一樣的。我們說(shuō)關(guān)鍵材料是電催化劑、載體、電解質(zhì)膜、膜電極、雙極板、電堆系統(tǒng)、關(guān)鍵材料、核心部件、過(guò)程控制系統(tǒng)等這些東西，大家都差不多，這些東西構(gòu)成一個(gè)甲醇燃料電池的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的具體應(yīng)用還需要電機(jī)、電控等，甚至我們還需要多種能源的互補(bǔ)?，F(xiàn)在燃料電池在瞬間的脈沖導(dǎo)致可靠性是比較差，通常都是和鋰電池混著用，在調(diào)峰用鋰電，平時(shí)用燃料電池，多種能源動(dòng)力總成。當(dāng)然，應(yīng)用的時(shí)候還需要接口、軟件、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算這些東西，才能真正做到開(kāi)車(chē)、開(kāi)船、電站和無(wú)人機(jī)等。我們是研究所，研究重點(diǎn)在甲醇燃料電池系統(tǒng)，主要是基礎(chǔ)研究、工程開(kāi)發(fā)、示范應(yīng)用有機(jī)結(jié)合。做法其實(shí)都差不多，圍繞著性能、壽命、成本、安全開(kāi)展一系列的工作。

       由于時(shí)間限制，具體我不匯報(bào)了，我講幾個(gè)典型的。對(duì)直接甲醇燃料電池，我從93年開(kāi)始研究，大連化物所從2001年開(kāi)始，一晃20多年了，在這20多年里邊，我們獲得N個(gè)“中國(guó)率先”、“中國(guó)首次”、“中國(guó)第一”，去年，我們用直接甲醇燃料電池做動(dòng)力的長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)成功試飛，國(guó)內(nèi)外也進(jìn)行了大量的報(bào)道。目前為止，我們技術(shù)處于領(lǐng)先水平，部分成果轉(zhuǎn)移到公司，現(xiàn)在有的已經(jīng)推廣應(yīng)用。在高溫甲醇燃料電池方面，經(jīng)過(guò)多年的努力，最重要的燃料電池的“心臟”——膜電極，我們?cè)趪?guó)際上跟大公司比還暫時(shí)處于領(lǐng)先地位，技術(shù)也獲得中國(guó)優(yōu)秀專(zhuān)利獎(jiǎng)。在電堆和系統(tǒng)方面我們開(kāi)發(fā)了1000W、5000W、10KW、30KW的電堆模塊和系統(tǒng)，性能目前在國(guó)際上還是處于領(lǐng)先水平。最值得我們自豪的我們是全鏈條的，從催化劑、質(zhì)子膜、電堆到系統(tǒng)，我們的技術(shù)是完全自主的，全部部件是國(guó)產(chǎn)化的，我們實(shí)現(xiàn)了全鏈條，國(guó)產(chǎn)化。當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用安全性、可靠性非常重要，沖擊、震動(dòng)等六性要求我們?cè)趪?guó)家權(quán)威部門(mén)都通過(guò)了測(cè)試，電池的壽命現(xiàn)在1.7萬(wàn)多小時(shí)，繼續(xù)在測(cè)試。要想產(chǎn)業(yè)化，最重要的是生產(chǎn)線(xiàn)。原來(lái)這個(gè)膜大家都知道，用手刮的、噴的，一天弄那么幾塊，累得要死，現(xiàn)在經(jīng)過(guò)努力，我們幾千頁(yè)的工藝包，成功做成中國(guó)第一條耐高溫電解膜生產(chǎn)線(xiàn)，目前每分鐘是0.3米，最高是1米的速度。當(dāng)然，我們也有全自動(dòng)化的中國(guó)第一條高溫甲醇燃料電池的膜電極生產(chǎn)線(xiàn)。有了這些，我們還有電堆的生產(chǎn)線(xiàn)。當(dāng)然MES口都留在里面，我們希望將來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)4.0。

      此外，我們牽頭制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)15項(xiàng)，在燃料電池目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總共25項(xiàng)，我們大化所牽頭的15項(xiàng)。在產(chǎn)品示范方面，我們跟多家合作，最近又跟愛(ài)馳公司簽署了全面戰(zhàn)略合作協(xié)議。這個(gè)項(xiàng)目我們昨天也簽約了，即將落戶(hù)佛山南海氫谷。這是我們的電動(dòng)車(chē)，2016年底開(kāi)始示范，也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，但總體來(lái)看運(yùn)行還是很不錯(cuò)的，也得到了很多領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家的好評(píng)。除了在電動(dòng)車(chē)應(yīng)用以外，高溫甲醇燃料電池還有一個(gè)非常重大的市場(chǎng)，那就是船。我們知道現(xiàn)在全球大型船舶1萬(wàn)多艘，年消費(fèi)3.7億噸燃料。我國(guó)的漁船眾多，如果用甲醇燃料電池替代現(xiàn)在的重油等，每年一艘萬(wàn)噸船可以節(jié)省200到300萬(wàn)人民幣。

      就是說(shuō)這種電池除了社會(huì)效益以外，還有良好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，它的應(yīng)用領(lǐng)域還有很多，細(xì)分市場(chǎng)眾多?；氐侥茉催@個(gè)方面，如果說(shuō)從現(xiàn)在的能源，如煤、油、氣、電、甲醇，在制備、物流、儲(chǔ)存、運(yùn)輸方面，從三個(gè)維度即效率、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性去分析，氫可能從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講是非常好的，但是近中期甲醇無(wú)疑技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。我們也開(kāi)展了廣泛的國(guó)際合作，包括在國(guó)內(nèi)兗礦集團(tuán)、中石化等。我個(gè)人觀點(diǎn)，最重要的我認(rèn)為，氫能高效清潔，安全可靠，氫燃料電池前景廣闊。甲醇燃料電池的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益也很明顯，發(fā)展態(tài)勢(shì)是由于氫燃料電池、甲醇燃料電池、鋰子電池各有優(yōu)缺，一定是共存互補(bǔ)的，這是大勢(shì)所趨。所以我們沒(méi)必要說(shuō)這個(gè)電池好、那個(gè)電池是不好。在此我再做一個(gè)小的廣告，燃料電池協(xié)會(huì)最近正在組織材料向國(guó)家相關(guān)部委有關(guān)部門(mén)報(bào)一些計(jì)劃，也希望在座的同仁有什么需求、有什么建議、請(qǐng)不吝賜教。聯(lián)系人是王素力，他是我們協(xié)會(huì)的副秘書(shū)長(zhǎng)。謝謝大家！