鉅大LARGE | 點擊量：1120次 | 2018年08月04日
燃料電池上游太薄弱 市場發(fā)展快于計劃
邢丹敏：大家上午好！下面由我代表新源動力公司為大家介紹一下車用燃料電池技術與產(chǎn)業(yè)化進展。
最近一個時期，尤其在2017年下半年，大家也都充分體會到了燃料電池這個行業(yè)突然熱鬧起來，尤其在昨天全國標委會的會議上，吳院士也說，大家認為2017年是中國燃料電池的元年，這個說法我覺得蠻貼切。首先與大家探討一下車用燃料電池產(chǎn)業(yè)化的問題。因為新源動力公司從成立之日起就致力于燃料電池產(chǎn)業(yè)化，所以在十幾年里我們一直探索這條產(chǎn)業(yè)化的路，不斷在考慮，所以這里想跟大家探討一下，把我們的想法跟大家分享一下，另外介紹一下新源動力公司發(fā)展的情況。
這張圖是我們在百度上找到的一個關于產(chǎn)業(yè)化的定義和不同發(fā)展階段的一些特征，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展分為導入期、發(fā)展期、動蕩期這幾個階段，每個時期里頭都有不同的階段，像導入期就有研發(fā)和產(chǎn)品、商品化三個階段；發(fā)展期就有小批量和大規(guī)模生產(chǎn)階段。在每個階段里特征不一樣，比如在導入期，像產(chǎn)品的性能、研發(fā)方面，逐漸趨于成熟，工藝、產(chǎn)業(yè)鏈，在不同時期發(fā)展過程中趨于成熟和完善。目前，燃料電池產(chǎn)業(yè)，我們認為還是處于導入發(fā)展期的中間過渡時期，像在導入期我們明顯體會，主要的特點靠政府和研究機構的投入和少數(shù)企業(yè)的參與，整體是不盈利的，現(xiàn)在燃料電池已經(jīng)過渡到小批量生產(chǎn)，明顯特點就是企業(yè)不斷增多，總體還是往盈利方面轉，所以現(xiàn)在我們認為，燃料電池行業(yè)已經(jīng)進入發(fā)展期的早期階段。
這個圖是日本燃料電池行業(yè)2010年的規(guī)劃，從他這個圖上能看出，2017年的階段，也是處于商業(yè)化早期階段。
這個是氫燃料汽車在不同階段的一些情況的總結。燃料電池2005年早期還是處于燃料電池汽車的一個驗證階段，出現(xiàn)了一些樣車。2005—2010年這個時期，不同的車企業(yè)開發(fā)出了不同的產(chǎn)品，各種各樣的樣車不斷的在增加。到2015年，已經(jīng)商業(yè)化起步，像豐田這種企業(yè)推出了商品化的產(chǎn)品。到2000年之前是商業(yè)化的爬坡期，不同的車企快速推出他們的產(chǎn)品。
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這個就是要考慮到在產(chǎn)業(yè)化過程中，每個階段要考慮的因素。產(chǎn)品要考慮它的性能、要考慮他的功率密度、壽命、成本等這些關鍵的因素。另外在生產(chǎn)制造方面就要考慮他的產(chǎn)能、制造工藝以及裝備的研發(fā)，產(chǎn)業(yè)鏈的完善，產(chǎn)業(yè)鏈不完善，產(chǎn)業(yè)化無從談起。要以市場為導向，要用標準來引領行業(yè)，各個要素要完善。
右面這個圖汽車和與加氫站配套設施方面的規(guī)劃，各個國家都推出了相應計劃。
對于我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)狀，這個圖是前幾年一直在用的圖，這個圖不斷在變化，有一個特點——這幾年右邊這個圖的企業(yè)不斷增加，前幾年只有幾家企業(yè)。從燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈來看，從左到右，包括電堆內(nèi)部的關鍵材料、關鍵部件，到電堆，電堆燃料電池系統(tǒng)、動力系統(tǒng)，一直到整車。從左邊看，燃料電池關鍵材料這塊，目前國內(nèi)參與單位主要像大連化物所、武漢新能源、東岳等這些企業(yè)和科研單位，主要做一些關鍵材料。右邊這部分，像眾宇、國宏等。整車向動力系統(tǒng)方向走，上汽集團他們主要燃料電池系統(tǒng)，他們起步比較早，做的也比較多。像同濟大學、清華大學這些企業(yè)重點集中在燃料電池動力系統(tǒng)和整車平臺這方面。整車企業(yè)，前幾年這個表還沒有這么多，目前我覺得幾乎所有的像一汽、東風、宇通、長安這些企業(yè)，后面省略號，沒有都列，都進入了燃料電池汽車開發(fā)中了。
但是整體來看，也存在很大問題。性能這個圖，燃料電池技術的差距還是有的，不管是功率密度還是壽命的驗證，都存在差距。另外還有最最弱的一點，在產(chǎn)業(yè)鏈的上游，關鍵材料方面，催化劑、膜等，我們產(chǎn)品用的還是進口，為什么？國內(nèi)這些零部件廠商，現(xiàn)在還處于產(chǎn)業(yè)起步期，產(chǎn)品還沒有真正定型批量供應，所以還不能真正用到產(chǎn)品上。好在現(xiàn)在有像東岳集團這樣的企業(yè)，他們在質(zhì)子交換膜，還有云南昆明的企業(yè)，他們在催化劑膜上已經(jīng)開始起步了，已經(jīng)開始關注這個事情，已經(jīng)投入了很大的精力在做這件事，這是好趨勢。
總的來說，國內(nèi)燃料電池這個產(chǎn)業(yè)上來說，從產(chǎn)業(yè)鏈上，尤其上游還是非常薄弱的，這個問題還是蠻嚴重的，燃料電池技術差距還是很大的，這是我們奮斗的一個事情，關鍵材料產(chǎn)業(yè)還是在成長階段。
下面我介紹一下我們公司的情況。新源動力公司成立于2001年，當時股東主要是大連化物所，聯(lián)合了幾家，像長城電工這幾家企業(yè)成立了一個公司。上汽集團是2007年入股，他們今年是最大股東，主要做燃料電池技術的產(chǎn)業(yè)化。
我們的業(yè)務形式有兩種：一個是提供產(chǎn)品，一個是提供工程服務。產(chǎn)品包括這些系統(tǒng)，以前做過一些UPS電源特種方面，現(xiàn)在很少做，以前以項目形式做，現(xiàn)在市場需求比較少，現(xiàn)在主要是燃料電池、電堆、關鍵零部件。
我們的技術發(fā)展歷程：我們單位一直承擔著國家燃料電池方面863計劃的研究工作，從成立十一五、十二五到十三五一直承擔著課題，十一五、十二五期間參加了所有的電堆產(chǎn)品，那時我們提供系統(tǒng)，奧運會、世博會以及國內(nèi)外各種燃料電池汽車和新能源汽車的示范，都有我們的產(chǎn)品。
從2009年，上汽集團啟動了新能源汽車規(guī)劃的項目，我們就真正跟上氣集團結合去做車用燃料電池電堆的開發(fā)。在前期863項目，沒有針對具體的車型去開發(fā)，我們參加上汽的新能源汽車開發(fā)規(guī)劃以后，才真正針對車企的要求去做車用燃料電池電堆的開發(fā)。2009年以后，我們跟著上汽集團的規(guī)劃，我們做幾輪工作，目前已形成兩個產(chǎn)品，分別服務于他們的榮威750和榮威950等。
這是我們的燃料電池系統(tǒng)的改進。十一五、十二五、十三五期間，我們在燃料電池系統(tǒng)方面開發(fā)了整個三代系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的輸出動力主要還是根據(jù)用戶要求，來做不同的調(diào)整。開發(fā)過程中主要解決，從低壓到中壓，另外的改變就是，在燃料管理上，因為后期把膜變薄了，在空氣的濕度依賴性上降低了，從高濕度依賴變成的低濕度依賴，這是一個技術路線。
這個是我們的電堆產(chǎn)品的一個發(fā)展過程。前兩代是以復合雙極板，后面第三代、第四代就是全金屬雙極板，復合雙極板，尤其第一代，第一代雙極板是低壓，第二代就走向了中壓，整個過程中降低成本，從雙極板、復合板到金屬板，空氣濕度依賴也逐漸降低，電堆的功率密度也不斷提升。復合板的產(chǎn)品現(xiàn)在功率密度是1.5千瓦/升，金屬板的電堆目前是2.5千瓦/升，將來的目標是3.0千瓦/升。
這是我們的產(chǎn)品框架和生產(chǎn)線的情況。左邊這個生產(chǎn)線就是我們自行開發(fā)的膜電極的生產(chǎn)線，從復合膜開始做膜，做成CCM電極，在這條生產(chǎn)線都可以完成。這個是2010年開始開發(fā)的，目前已經(jīng)升級幾次，我們電極的生產(chǎn)在這條生產(chǎn)線上。后面我們還有相對匹配的測試平臺，從幾千瓦到百千瓦級的關鍵材料、電堆和系統(tǒng)的測試，我們都在自己的實驗室做。
下面這個圖是我們構成的產(chǎn)品。這個產(chǎn)品有三種形式，一個系統(tǒng)就是電堆加上水熱管理，燃料和空氣的一個控制系統(tǒng)，客戶也不需要我們提供整個系統(tǒng)。另外一個產(chǎn)品是電堆加水熱管理系統(tǒng)，但是不含有燃料和空氣動力系統(tǒng)，這是針對客戶我們開發(fā)的產(chǎn)品。
另外一個是從燃料電池電堆，因為現(xiàn)在很多技術企業(yè)有能力自己開發(fā)他的系統(tǒng)，和他的動力平臺去配合，認為那種可能會做的更有優(yōu)勢一些，所以希望我們單獨提供電堆，這個也是我們電堆的產(chǎn)品，其實我們電堆產(chǎn)品是最大的一個產(chǎn)品形式。
這兩款產(chǎn)品，一個是剛才說的第二代、第三代的產(chǎn)品，這兩個電堆分別用在榮威750和950的轎車上。這張圖在漠河低溫下做的考核，還有到高原西藏，這個考核結果示范，一個車隊有其他形式的純電動汽車，也有我們的燃料電池汽車，做下來以后我們信心大增，結果蠻不錯。
下面我講一下在電堆壽命提升方面的突破。這個是我們雙極板的模塊，下面這個是第一代、第二代復合雙極板。復合雙極板是一個多層結構，它集成了金屬材料高的組合性能、導電性能還有碳材料的導電性能，以及成型的靈活性，還有一些有機材料的加工成本，所以開發(fā)了復合雙極板。因為這個復合雙極板結構比較復雜、材料也比較復雜，所以加工性很差，他找化物所提出這個，以前是小批量，我們?yōu)榱私档统杀荆@幾年一直在給他做改進，而且大部分工作在做工藝開發(fā)。在這個過程中我們結合雙極板，同時我們在電堆的壽命方面做了很大的努力。比如在1千小時之內(nèi)，電堆工況比如像電極更強、催化劑的流失，我們分析失效模式。由于啟停和干態(tài)操作，使得電池內(nèi)控受到損害。我們就采取了這些針對措施，優(yōu)化濕度控制，把耐久性提升到1600小時。
再往下我們發(fā)現(xiàn)，1000~2000小時的時候，這個失效機理，我們又采取措施了，耐久性提升到了3000小時。這樣一步步的，又提升到5000小時。目前我們電堆在上汽的功率平臺上真正驗證到了5000小時，這是階段性的，我們又通過關鍵材料的應用，現(xiàn)在壽命已經(jīng)實測到了1萬小時。將來我看國家目前的項目指標都要求在有些車型上比如客車達到更多小時，這是我們長期努力的方向。
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)我們也開發(fā)了不同的產(chǎn)品，有30千瓦、60千瓦兩種，這是針對整車開發(fā)的需求。
這款產(chǎn)品就是我剛才說的燃料電池模塊，含有電堆和水熱管理系統(tǒng)的模塊。高度集成，上半部分是電堆，下半部分含了增濕器、水泵等，高度集成在里面，中間通過連接板聯(lián)結在一起。
下面我介紹一下我們的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況。這個產(chǎn)業(yè)鏈我們借助國家的力量，國家863重大專項方面，這個平臺上我們匯集國內(nèi)的優(yōu)勢科研單位和企業(yè)，來做這些產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面的嘗試。
這是十一五期間我承擔的一個節(jié)能與新能源汽車重大專項，這個項目是國產(chǎn)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆及關鍵材料的研制開發(fā)。當時的參加單位有東南大學、東岳集團、新源動力、大化所、大連交大，最后集成在新源動力。這個項目當時因為我們同時也對國外所有的這些相應的關鍵材料做了對比研究，最后我們裝出了一個60千瓦的電堆模塊，進行了測試，壽命我記得當時沒有實測，是加速考核，也接近5千小時。同時開發(fā)了復合膜生產(chǎn)線，復合膜我們自己做出來了，東岳配合下，而且裝上了電堆。這個門檻我們跨過來了，現(xiàn)在我們就不做復合膜了，現(xiàn)在主要是東岳在攻關復合膜，我們就不做復合膜了，因為新源動力不想把這個產(chǎn)業(yè)鏈一下子跨到底，也沒有這個能力，我們希望相應的專業(yè)公司、專業(yè)單位去做專業(yè)的事，我們就開始做堆。
十一五完成這個項目以后，從2016年我們公司就承擔了國家十三五的重點研發(fā)計劃，關鍵共性技術的項目，針對車用燃料電池電堆的開發(fā)。我也是項目負責人，這個項目有兩大任務，一個是提高燃料電池的功率密度、壽命這些性能，另外一個是實現(xiàn)燃料電池電堆及關鍵零部件的批量制造，整個對標是那個電堆，100千瓦，3.1功率密度，壽命是5千小時。同時要建成關鍵零部件電堆的生產(chǎn)線，目標產(chǎn)能1千臺，包括生產(chǎn)線有催化劑、膜、CCM，膜電極、電堆、雙極板，都要形成批量生產(chǎn)能力。
所以這個項目里，國內(nèi)也是集合有優(yōu)勢的企業(yè)和科研院所、單位來攻關，像新源動力膜做的是很好的，催化劑有研究機構，有科研組，產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，都參與進來。在膜電極這塊，武漢理工、上海交大、新源動力也是在參與這方面的工作。金屬雙極板主要是以我們?yōu)橹?，有大連理工大學，還有其他一些單位。
這是整個項目的情況，目前大功率電堆開發(fā)還在加速進行，因為現(xiàn)在緊迫感也很強的，我這個項目是2016年啟動的，2017年尤其是2018年，尤其最近燃料電池熱了以后，實際對電堆的要求越來越高，大功率的需求，我現(xiàn)在看2019年就要100千瓦的電堆，所以我覺得壓力是很大的。所以計劃還沒有市場發(fā)展的快，以前總是國家政策引領，我現(xiàn)在有預感，將來肯定是市場就要引領了，真正轉向產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展一定要以市場為導向的。
總結下來，燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)確實已經(jīng)進入了市場導入期，我國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展確不均衡，尤其上游非常薄弱，希望相關企業(yè)參與進來，為我們?nèi)剂想姵禺a(chǎn)業(yè)壯大共同努力，推動燃料電池產(chǎn)業(yè)均衡發(fā)展。
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