王海江院士：未来3-5年，燃料电池成本将下降2-3倍，氢燃料电池车将与电动车并行发展

“再过3-5年，待零部件厂家供货能力提高4-5倍后，预计氢燃料电池的成本会下降2-3倍。”——南方科技大学讲席教授、加拿大工程院院士 王海江

3月17日，国家发改委发布消息称，新一轮成品油调价窗口将于24时开启，零售价上涨幅度约0.57-0.63元/升，其中95号汽油将达9.30元/升。不少网友直呼“开不起燃油车，新能源车更香”。

汽油进入“9元时代”，或许是由多方因素导致的阵痛。但对于新能源汽车产业而言，汽油一路涨价，反之也赋予了其更强的价格竞争力。

眼下或许是燃料电池车开拓市场的好时机。

“当前锂电池车已发展到百万量级，产品应用领域的边界较为清晰，未来要想在中重载、长续航场景下发展新能源汽车，依靠氢燃料电池是最好的办法。”

提及氢燃料电池的相关话题，加拿大国家工程院院士、南方科技大学教授、深圳市通用氢能科技有限公司董事长王海江的话语中透露着自豪。

他与燃料电池的故事没有太多的传奇色彩，但冥冥之中似乎又早已注定。

1993年，王海江博士毕业于丹麦哥本哈根大学，同年在美国优他州立大学从事博士后研究，1999年进入加拿大巴拉德动力公司，2004年进入加拿大国家研究院。

作为全球最早将氢燃料电池技术商业化的公司，巴拉德动力由“燃料电池之父”Dr. Geoffrey Ballard在1979年创立于加拿大。在这家走在燃料电池技术前沿的公司，王海江的才华得以施展，甚至拿下了2002年巴拉德动力公司杰出奖。

2015年，巴拉德动力已经形成了燃料电池和技术服务双业务引擎的局面。此时在加拿大国家研究院从事技术研究超10年的王海江，更清楚氢燃料电池技术对一个国家的能源布局意义。而祖国与国际氢燃料电池的较大发展差距，常常令他辗转难眠。

权衡之下，他毅然决定放弃在加拿大国家研究院的工作，回国从最基础也最核心的质子交换膜、气体扩散层、催化剂等材料开始，攻克国产氢燃料电池难题。

深耕燃料电池研究近30年，王海江的科研成果斐然。他累计发表学术论文250余篇，SCI引用20000多次，H因子为57，拥有国际发明专利5项，专著15部。

这些骄人的科研成果，赋予王海江更多开拓国内氢燃料电池产业的勇气。

筑牢材料国产化的坚实基础

2015年被称为燃料电池产业化元年。

同年，丰田公司宣布开始燃料电池汽车的产业化生产，美国的普拉格能源公司获得了大批燃料电池叉车订单等，进一步激活了燃料电池从实验室走向市场。

彼时国内的燃料电池产业化也开始萌芽，这让王海江心中一直埋藏的“燃料电池全国产化”想法翻滚涌动了起来。

当年，他毅然决定回国，加入南方科技大学，以研促产助推国产燃料电池的市场化。

“2015年，国内市场上已经有部分资本开始关注燃料电池产业，因为他们看到这个产业的广阔发展前景。”与王海江一样有着敏锐商业嗅觉的人并不少。

据王海江介绍，氢燃料电池主要由电堆和系统部件组成。其中电堆是整个电池系统的核心，包括由膜电极、双极板构成的各电池单元以及集流板、端板、密封圈等。

而膜电极的关键材料是气体扩散层、质子交换膜、催化剂，这些部件及材料的性能直接决定了电堆的使用寿命和工况适应性。

起初，由于国内严重缺乏燃料电池的核心技术、核心材料和专业人才，不少初入行者选择与外企合作制作电堆，亦或是买电堆做燃料电池的系统集成。

“买国外的电堆材料意味着随时面临’卡脖子’风险，哪天他们不卖给你了，你就做不下去了，哪怕与外企进行产业化合作，人家也不可能把电堆的核心技术交给你。”

没有核心技术，就不能保证产业的安全发展。

掌握燃料电池核心材料与核心技术的重要性，王海江看得很通透。但即便是团队有多年研究基础和产业经验，王海江心里也十分清楚，从材料开始做燃料电池国产化这条路，充满着荆棘和挑战。

“回国后我们的团队只有8个人，虽然大家从事这个行业研究多年，但单靠这8个人做出一款好的燃料电池十分困难，还需要大量的人力、时间以及资金的支持。”

但骨子里的倔强绝不允许他放弃。王海江决定大力培养人才、以研促产，这无疑是当时燃料电池国产化最踏实可行的办法。

“依托南方科技大学这个科研平台，7年来学校培养了一批又一批中国的技术人才，使燃料电池的核心技术逐步牢牢掌握在国人手中。”

随着国内科研人才队伍的壮大，王海江的燃料电池国产化之路也在加速。

2016年起，王海江团队陆续成立了深圳市南科燃料电池有限公司（以下简称“南科公司”）、深圳市通用氢能科技有限公司（以下简称“通用氢能”）和深圳市南科动力科技有限公司三家企业。其中南科燃料主要生产电堆、双极板、膜电极等电堆核心部件，而通用氢能主攻燃料电池关键材料，南科动力则主要做系统集成。

“现在南科燃料公司的双极板年产能是100万片，膜电极产能也是100万片，如果组成电堆来装车，那么产能是接近2000辆车的燃料电池电堆。”王海江向《大国之材》介绍道。

他还透露，目前通用氢能已经成功量产出气体扩散层，且其性能达到国际水平，得到了国内外头部企业的认可；而质子交换膜也即将量产发售，催化剂技术则在储备中，待后续团队将质子交换膜和催化剂量产，燃料电池的核心材料就完全可以在国内自主生产了。

相关研究数据显示，氢燃料电池系统的国产化程度已从2017年的30%提高到了2020年的60%以上。

从交谈的语气中可以感受到，我国燃料电池国产化的飞跃进步，令王海江感到自豪。

产业链壮大是降低成本的关键

根据中国氢能联盟预测，到2030年，中国氢气需求量将达到3500万吨，在终端能源体系中占比为5%；到2050年，需求量有望达到6000万吨，在终端能源体系中占比为10%，预计产业链年产值将达12万亿元。

这意味着氢能产业链未来有望与锂电产业链形成“双雄争霸”的市场格局。

但不可否认，锂电池在当前的市场发展格局中占据了上风。

“近10年来，电动车的发展非常迅速，而且市场占有量在不断增加，配套基础设施也在逐步完善，目前电动车的发展势头的确比燃料电池更猛。”客观地看待问题是王海江的处事态度，他坚信这能让他更快找准努力方向。

他明白，凭借氢燃料电池在实用性等方面的诸多优势，赶超锂电只是时间问题。

与锂电池相比，氢燃料电池的能耗过程、碳排放更环保，不仅没有氮氧化物等有害气体，甚至不会产生二氧化碳。此外，氢能源最大的优势就是可再生。除了工业副产品制氢外，还可通过煤制氢以及利用光伏、风电等可再生能源电解水制氢。

另外，对于消费者而言，最直观的感受就是续航时间更持久。以北美市场销售的氢燃料电池汽车丰田Mirai为例，其测试中的实测续航里程达到了1003公里。而氢燃料电池的低温适应性也更强，不会受到严寒低温带来的续航缩减、里程焦虑等烦恼。

“在技术应用方面，现阶段应重点发展大功率长续航里程的公交车、重卡车，再逐步推广到乘用车、物流车、船舶等领域。”结合多年的研究基础和产业经验，王海江对我国氢燃料电池的蓝图布局非常清楚。

但回忆起丰满理想与骨感现实的差距，王海江有更深的感触。

他认为，目前国内的氢燃料电池产业链上下游还不成熟，由此导致了燃料电池材料标准不统一、下游验证时间长、设备厂商缺乏等各种难题，阻碍了整个产业化进程。

“起初，我们的产品已经设计好，计划找设备做批量化生产，但大部分设备厂家完全没有听说过氢燃料电池、气体扩散层等，所以我们还要花时间培养设备厂家。”

其次，高成本也制约了氢燃料电池车的规模化应用。王海江向《大国之材》介绍道，在相同市场规模下，氢燃料电池汽车的成本会低于现在的电动汽车，目前由于氢燃料电池的上游零部件生产商规模较小，大部分采用手工生产零部件，进而导致零部件占整个氢燃料电池成本的50%。

“再过3-5年，待零部件厂家供货能力提高4-5倍后，预计氢燃料电池的成本会下降2-3倍。”对于零部件生产效率低所导致的高成本，王海江并没有表现出太多担忧。

此外，配套加氢站设施不完善，也是氢燃料电池产业发展道路上的绊脚石。据王海江介绍，当前我国大规模氢的制造、储存和液化等部分技术与国外还存在一定的差距，这也是为什么我国的副产氢很便宜，但是到了加氢站就较为昂贵。

提及过去的种种艰难坎坷，王海江有些无奈，但他深知这是助推氢燃料电池产业腾飞的必经之路。

任何产业要实现从0-1都注定荆棘丛生。倘若上下游企业齐心协力，再多的难题也定会被逐个攻破。

政策引导与企业发力需配合

早在2008年，北京奥运会就投入运行了3辆氢燃料电池汽车，并建成了我国首座车用加氢站，开启了氢燃料电池汽车“从0到1”的示范。

14年后的冬奥会，氢燃料电池车的使用量翻了300倍以上。

根据北京冬奥组委公布的数据显示，本次冬奥会赛事示范运行超1000辆氢燃料汽车。自2022年1月25日至2月10日服务北京冬奥会期间，中石化下属燕山石化的4座冬奥加氢站已累计出厂氢气115车、27.2吨。

“今年北京冬奥会是中国历史上第一次最大规模使用氢燃料电池汽车，这是我国氢燃料电池汽车产业发展的一个重要里程碑。”作为氢燃料电池的产学研融合专家，王海江对时势的把握非常精准。

不难发现，北京冬奥会中氢燃料电池车的大量使用，不仅向世界证明了我国氢燃料电池汽车产业的飞跃进步，也是政府引导该产业长足发展的重磅举措之一。

过去10年里，锂电汽车的高速发展，进一步体现我国政府在新兴产业中发挥着重要的统筹作用。

“政府通过政策引导部分公司做氢燃料电池，部分公司建加氢站，进而不断完善产业链各环节，再依托全国多个城市开拓市场需求，最终促使我国氢燃料电池产业成熟，这在国外是很难实现的。”

2020年，我国向世界宣布要在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的承诺。在双碳目标的引导下，借助此次冬奥会契机，氢燃料电池汽车正迎来最好的发展时刻。

据不完全统计，目前国内已有50多个地级市发布氢能产业规划，北京、山东、河北、河南等省份相继出台“十四五”氢能发展规划或扶持政策。

如2021年12月28日，我国发布《关于启动新一批燃料电池汽车示范应用工作的通知》，正式启动河南、河北两大燃料电池汽车示范城市群。加上此前已建成的京津冀、上海、广东城市群，氢燃料电池示范城市群形成了“3＋2”格局，共涉及全国47座城市。

未来，政策的支持或将进一步推动国产材料的降本与规模化发展。但眼下，亟需国内企业响应政策号召，苦练“内功”。

诚然，国产燃料电池产品要想兼具经济优势和材料稳定性，并形成稳定的产品供应能力，需要产业链上下游的企业发挥主观能动性，在充分利用政策优势的背景下，不断提升燃料电池相关技术水平。

从整体上看，虽然氢燃料电池的核心零部件已基本实现国产化，但仍需要更大规模的产业化促进氢燃料电池成本的降低，进而实现各环节产品价格的有效竞争。

“在政府引导与市场发展的配合下，我相信5年内国产燃料电池或许可以赶超锂电的成本和产量，彼时这两种新能源产业将会在不同优势领域并行发展。”

脚踏大湾区这片沃土，感受过鹏城的强劲科研实力和创新力量，王海江心中有关燃料电池行业的宏伟蓝图变得更清晰了。

个人简介 

王海江

南方科技大学讲席教授

加拿大工程院院士

2015年加入南方科技大学机械与能源工程系。王教授是国家“特聘”专家、加拿大工程院院士、国家十三五“新能源汽车重大专项”总体组专家、深圳市氢能与燃料电池协会荣誉会长、深圳市氢能重点实验室学术委员会委员、前加拿大国家研究院首席科学家、国际驰名燃料电池专家，入选斯坦福大学发布“全球前2%顶尖科学家”与“终身科学影响力排行榜”。

研究领域

质子交换膜燃料电池：燃料电池关键材料及生产工艺；

燃料电池电堆设计、诊断、测试、寿命研究、规模化生产设备及工艺、质量控制与标准；

金属-空气电池:空气电极设计包括 ORR、OER 及双功能空气电极设计；

金属-空气电池系统设计微生物燃料电池:微生物燃料电池系统设计；

微生物燃料电池制氢及在废水处理中的应用直接醇燃料电池:直接醇燃料电池中醇氧化催化剂及氧还原催化剂的研究；

储能电池系统设计；

电解制氢、电化学氢气压缩及高压储氢:质子交换膜电解器的设计； 

质子交换膜电化学氢气压缩系统设计；

高压氢气储存装置的研究