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来源:新材料在线发布时间:2022-04-27910浏览
询问 AI从2020年碳排放情况来看，交通运输是电力、工业领域之外碳排放量最多的行业，占我国碳排放总量的10%。其中道路交通的碳排放量超过整个交通运输碳排放量的70%，成为了我国减碳的重点领域。
锂离子电动汽车、燃料电池汽车产业正抓住这波机会发芽、壮大。
目前，锂电电动汽车产业雏形已现，紧随其后燃料电池汽车产业也默默发力。由于燃料电池汽车所使用的氢能来源丰富、绿色无（低）碳，加上近年来政府对燃料电池汽车产业的大力支持、资本的重磅加码和实力企业的纷纷入局，以质子交换膜燃料电池为主流的燃料电池汽车产业迎来了更多曙光。
纵观近期的氢燃料电池汽车行业，不乏车企频频传来的捷报。如现代汽车的氢燃料电池SUV Nexo中国版正式获得北京新能源汽车牌照，这是现代汽车首款符合中国法规的氢燃料电池乘用车合法上路。
千里之行，始于足下。从上世纪70年代末，就有一批批科学家从事燃料电池相关研究。从鲜花到“冷板凳”，燃料电池的波折并未影响前赴后继的科研人员，华南理工大学教授、国务院政府特殊津贴专家、前广东省燃料电池技术重点实验室主任、广东省高等学校新能源技术重点实验室主任廖世军就是其中之一。
22年来，他不仅在国内外重要刊物发表论文达400余篇，还带领团队承担了包括国家重点研发技术项目、863项目、国防项目在内的六十多项科技项目，项目经费超1亿元；申请燃料电池相关发明专利超80多件，获授权专利40余件，包括多件美国发明专利和PCT专利。
除了基础研究成果颇丰，廖世军团队的产业化成果也遍地开花。如具有自主知识产权的燃料电池催化剂技术、膜电极制备技术、电堆技术、燃料电池系统及其控制技术等，均已在相关企业得到产业化生产和应用推广。
10年3次访学，深耕燃料电池
对廖世军而言，与燃料电池结缘，或许是机缘巧合，但似乎又是冥冥之中注定。
1999年从华南理工大学博士毕业后，廖世军受邀到南非西开普大学访学研究。在“彩虹之国”南非，原本从事固体酸催化剂研究的他对燃料电池萌生了强烈兴趣。此时，距离燃料电池被编入“九五”国家科技攻关计划仅过去3年时间。
访学期间，在领路人——燃料电池专家Vladimir Linkov 教授、David Key 教授的指导下，廖世军潜心钻研燃料电池催化相关研究，短短1年内完成了3篇论文，其中2篇发表在国际知名催化刊物 Applied Catalysis上。
若南非的两位教授是点燃廖世军心中燃料电池科研梦的火炬手，那么时局，则是加速他勇闯燃料电池产业化的催化剂。
2002年，美国能源部发布了《国家氢能发展路线图》，标志着美国氢能产业由构想转入行动阶段。在美国氢能经济的带动下，世界上多个国家陆续掀起了燃料电池研究和商业化示范热潮。
2005年，广东省科技厅决定在广东建设一个300kW级的大型燃料电池电站示范项目，这是一个在当时技术难度极高、经费少、任务重的艰巨项目，重担落在了廖世军教授和他的团队的肩上。
项目立项之初，许多专家断言这是一个不可能成功的项目。在华南理工大学的大力支持下，在衣宝廉院士和国内外同行专家的帮助下，经过团队的5年奋战，一个当年国际上最大规模的质子交换膜燃料电池示范电站终于建设完成了。且所有的核心技术和部件（膜电极、电堆、系统）均为团队开发完成。
2010年，在广东省科技厅、教育厅的支持下，华南理工大学先后建立了广东省高等学校新能源技术重点实验室和广东省燃料电池技术重点实验室，作为两个重点实验室的创始负责人，廖世军带领团队一直奋斗在攻克燃料电池核心技术难题和推动燃料电池产业化的前沿。
敢坐冷板凳，守得云开见日出
时局，似乎还决定了行业的未来发展格局。
2008年，美国启动先进汽车发展计划。这项计划是诺贝尔物理学奖获得者、中国科学院外籍院士朱棣文担任美国能源部部长期间曾大力推动的，该计划包括大力推进混合动力汽车、锂离子电池汽车。
“当时，朱棣文部长认为，奥巴马政府的经济刺激政策为电池行业的繁荣创造了机会，而燃料电池的产业化还需较长一段时间，这无疑给全球的燃料电池产业泼了一盆冷水。”
行业的萧条趋势，也顺势蔓延至国内。
在2008-2014年的7年时间里，全球的燃料电池研究开发及产业化持续低迷，由于燃料电池研究相关经费的减少，不少科学家选择放弃燃料电池的相关研究，转向其它热门的研究方向及领域。
虽无法凭一己之力扭转大势，但廖世军有他自己的看法。
“当时我也开启了锂离子电池相关研究，但一直未放弃燃料电池相关研究工作，相信在燃料电池的相关技术取得切实突破后，燃料电池的产业化必定会到来。”
金属板堆发动机
在廖世军看来，燃料电池具备运行中零排放、高效率等优异特性，对克服能源危机和环境污染问题意义重大，是我国在交通运输领域实现低碳排放的重要技术路线之一，其重要性不言而喻。
对于朱棣文的讲话，廖世军有另一层解读。“燃料电池技术的重要性和先进性不容置疑，朱棣文只是认为燃料电池的产业化需要的时间会长一点，因此，我相信燃料电池的产业化迟早会到来的；作为研究者，致力于攻克燃料电池技术的瓶颈问题，推进燃料电池产业化的进程，是我们责无旁贷的使命。”
在廖世军眼里，当时的锂离子电池技术并非完美，发展至今亦尚存诸多问题。“与燃料电池技术相比，锂离子电池并不占压倒性优势，如对锂钴资源的依赖、废锂废旧电池的处理工艺难、安全性、衰减等问题也有待解决。”
而兼顾燃料电池和锂离子电池研究，也让廖世军的研究成果碰撞出了不一样的火花。
2011年10月，廖世军负责的“燃料电池—锂离子电池混合电力电动汽车的开发及示范”项目顺利通过了广州市科技与信息局组织的专家组验收，这也是国内首台通过验收、并被授予国家发明专利的混合电力车。
“锂离子电池和燃料电池各有优缺点，把两者优势结合起来，就克服了两者各自的不足，这台混合电力电动汽车，为燃料电池汽车的产业化提供了一种重要尝试。”提及混合电力汽车相关话题，廖世军颇为自豪。他认为，实际上现在的燃料电池汽车都装有锂离子电池电源模块，严格意义上来说，都是“燃料电池-锂离子电池”混合电力电动汽车。
2016年，我国颁布了《能源技术革命创新行动计划（2016-2030）》，将研究燃料电池相关技术提上发展日程，这意味着燃料电池开发研究及产业化迎来了曙光。
历经16年，廖世军和坚守燃料电池研究的科学工作者们终守得云开见日出。
2021年，在政府的高度重视下，由北京市大兴区、上海市和广东省佛山市牵头的京沪粤三个城市群正式入选首批氢燃料电池汽车示范城市群。
如今，在“产学研政资”高度重视和不断加码中，燃料电池产业发展一片向好。
要保持危机意识和超前意识
但危机常常与机遇并存。
“在一片大好的形势下，业内要保持清醒和危机意识，燃料电池汽车的竞争对象已不再是燃油汽车，而是近年来羽翼渐丰的锂离子电池汽车。和锂离子电池技术一样，燃料电池技术也存在许多有待解决的难题，如耐久性不足、效率低、使用成本高等问题。”
“关于效率，有文献做过这样的计算，1KWh市电充入锂离子电池汽车，最终能起作用的大概有0.9KWh，效率可达90%。如果用1KWh市电去电解水制氢，再用氢气去驱动燃料电池，那么最后的能量效率仅有30%左右。这个计算也许不完美，没有考虑到锂离子电池的制造能耗、衰减及废旧电池处理等因素，但是，提高电解水及燃料电池的效率确实应该得到科技界及产业界的高度重视。”
“使用成本也是燃料电池技术目前面临的重要竞争难题，目前，锂离子电池汽车行驶1公里所需要的费用就是0.1元，而燃料电池汽车行驶1公里的运行成本大概是0.6-1元。”显然，降低燃料电池汽车使用成本问题还需要业界的努力。
对燃料电池产业而言，现阶段不仅是要提升燃料电池技术的效率，还要提升电解水制氢的效率，要在氢的储存、运输等方面取得更大的技术突破，进而大幅度降低氢气的使用成本。
“我是比较保守的人，但我相信这些问题在不远的将来，也就是5-10年时间应该能够得到很好的解决，我坚信这次中国引领的燃料电池产业化定能取得成功。”
亚南90千瓦发动机
据悉，廖世军团队与企业合作成功开发出了国内第一款燃料电池增湿器，打破了国外同类产品对中国市场20年的垄断。膜电极制备技术、电堆技术、发动机技术、电解制氢技术等均在相关企业落地开花。此外，廖世军主持的国家重点研发计划项目还在核壳结构低铂催化剂、超薄质子交换膜等方面取得重要突破，其开发的新型核壳结构催化剂，实现了钯铂核壳结构低铂催化剂的克级制备，催化剂质量活性达商用铂碳催化剂的3.7倍，具备商业化应用价值。
开发的ePTFE增强超薄质子交换膜，能够与国际先进的质子交换膜媲美，实现了质子交换膜的良好抗化学降解性能；采用这种膜制备的千瓦级电堆通过了1000小时测试，性能衰减低至1.4%， 目前正在与公司合作进行商业化开发。
“立足当下，着眼未来”是廖世军团队科研成果遍地开花的秘诀，也是他做科研的八字方针。
立足当下，即多与企业合作，推动科研成果产业化，立志为企业解决技术难题。多年来，廖世军带领团队与福建亚南电机有限公司、伊腾迪能源科技公司等企业展开深度合作，把“论文“写在了祖国的大地上。
着眼未来，燃料电池技术是一个发展中的新能源技术，目前存在的问题可能就是未来的机遇和突破口，廖世军表示，要关注低铂催化剂、非铂催化剂、非碳催化剂、超薄质子交换膜、高电位膜电极等下一代基础研究。“科研人员一定要有超前意识，否则等到10年或20年后，会发现我们的技术又落后别人了。”
踏着时代的巨浪，满怀对未来的憧憬，廖世军的燃料电池产业化理想正一路生花。
2022年3月，由发改委发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》中提出，重点推进氢燃料电池中重型车辆应用，逐步建立燃料电池电动汽车与锂电池纯电动汽车的互补发展模式。
“燃料电池和锂离子电池能充分利用各自的优势，找到各自的应用场景和市场份额，这是我们所期待的新能源汽车发展的最好局面。”
廖世军
博士，二级教授，博士生导师，国务院政府特殊津贴专家，广东省燃料电池技术重点实验室主任，广东省高等学校新能源技术重点实验室主任，兼任中国储能与动力电池专业委员会副主任委员、中国化学会催化专业委员会委员, 中国化学会电化学专业委员会委员，中国能源研究会燃料电池专业委员会等多个机构的委员; Scientific Reports 编委，Journal of Nanomaterials杂志副主编, Current Nanoscience等五个国际刊物的编委，国际电化学能源科学院理事。
1988年毕业于吉林大学，获理学硕士学位，1999年毕业于华南理工大学工业催化专业，获工学博士学位。先后在南非西开普大学、加拿大卡尔加里大学、美国布鲁克海文国家实验室访问研究。
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