鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：531次 | 2019年04月15日
中國氫燃料電池能否上演鋰電池走過的逆襲之路
導(dǎo)語：被譽(yù)為“清潔能源之首”的氫燃料電池，從“國外的月亮比較圓”，到醞釀開啟下一個“十城千輛”計劃，一片欣欣向榮背后實則暗潮洶涌。在產(chǎn)業(yè)鏈殘缺不齊，關(guān)鍵材料處處掣肘的背景下，中國氫燃料電池能否上演鋰電池走過的逆襲之路？
當(dāng)鋰電池作為車載儲能電池逐漸發(fā)展成為中國的主流動力電池路線時，其它技術(shù)路線也在開啟商業(yè)化探索，氫燃料電池?zé)o疑是其中呼聲最高的一種。
前不久，蘇州擎動科技有限公司（簡稱“擎動科技”）舉行了國內(nèi)首套“卷對卷直接涂布法”膜電極生產(chǎn)線投產(chǎn)儀式，有媒體宣稱這是中國燃料電池在上游核心制備技術(shù)突破國外壁壘的開端。
“這意味著燃料電池汽車的國產(chǎn)化清除了一個重要障礙?！鼻鎰涌萍紕?chuàng)始人兼CEO朱威博士在接受媒體采訪時表示，使用“卷對卷直接涂布法”實現(xiàn)膜電極量產(chǎn)后，預(yù)計可直接降低國產(chǎn)燃料電池在膜電極上一半的生產(chǎn)成本。
據(jù)了解，該條產(chǎn)線全面達(dá)產(chǎn)后可年產(chǎn)膜電極100萬片，可滿足3000多輛燃料電池汽車的需求，預(yù)計產(chǎn)值可達(dá)3億元以上。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
然而，擎動科技在膜電極制備技術(shù)上的突破，短時間內(nèi)還難以改變國產(chǎn)燃料電池總體成本居高不下的現(xiàn)實。相對于生產(chǎn)成本而言，占比超過90%以上的材料成本才是中國燃料電池產(chǎn)業(yè)卡脖子的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
殘缺的產(chǎn)業(yè)鏈條
當(dāng)前，國內(nèi)氫能界不得不面對的一個尷尬局面是，國外的燃料電池車已實現(xiàn)量產(chǎn)，但國內(nèi)的車用燃料電池還處在技術(shù)驗證階段。
就中國燃料電池技術(shù)本身而言，電堆、關(guān)鍵材料、關(guān)鍵零部件以及動力系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)，都亟待取得突破，實現(xiàn)國產(chǎn)化和量產(chǎn)化。
“質(zhì)子交換膜和低鉑催化劑是燃料電池組件中最具挑戰(zhàn)性的核心部分?！?廣東省燃料電池技術(shù)重點(diǎn)實驗室主任廖世軍告訴新材料在線?，材料在整個燃料電池中的成本占比超過90%，因此只有大幅度降低關(guān)鍵材料的成本，方可讓燃料電池具備大規(guī)模應(yīng)用的可能。
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標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
一般來說，單節(jié)燃料電池的電壓偏低、電流偏大，在實際應(yīng)用中需要由多節(jié)燃料電池串聯(lián)形成電堆，以提升輸出電壓。
氫燃料電池的動力來源是氫氣和氧氣，兩者會在燃料電池中開始它們的“奇幻”旅程：氫在陽極催化作用下氧化，生成質(zhì)子和電子；電子經(jīng)外電路做功，到達(dá)陰極；而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜從電池內(nèi)部傳輸?shù)疥帢O，質(zhì)子與電子在陰極匯合并在催化作用下氧反應(yīng)生成水。
看起來似乎只是初中化學(xué)知識。但實際上，燃料電池的運(yùn)作，卻是一個系統(tǒng)性的工程。
我國的車用燃料電池的現(xiàn)狀是——零部件和原材料生產(chǎn)商尚未成長起來，極少量商業(yè)運(yùn)行的燃料電池車（都是商用車）維持著表面上的存在感。
“與日本和西方國家相比，中國的燃料電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相當(dāng)薄弱，還沒有形成完整的體系。”中科院大連化物所燃料電池研究部部長邵志剛表示，2014年年底，日本豐田公司宣布實現(xiàn)燃料電池車的商業(yè)化；而在國內(nèi)，一切尚處于起步階段。
特別是在氣體擴(kuò)散層量產(chǎn)技術(shù)方面，我國還是空白?！斑@是因為氣體擴(kuò)散層的石墨化工序需要經(jīng)過2000℃以上的高溫才能制備，但關(guān)鍵設(shè)備高溫爐技術(shù)還掌握在國外手中?！?邵志剛解釋。
除此之外，氫氣壓縮機(jī)壽命短，技術(shù)被國外企業(yè)壟斷；高壓儲氫罐價格昂貴，閥體等關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口；加氫站的建設(shè)后期維護(hù)成本居高不下，直接導(dǎo)致氫氣終端使用成本難以達(dá)到市場預(yù)期。
這些核心環(huán)節(jié)沒有打通，加上缺乏批量化的生產(chǎn)線，沒有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，氫燃料電池的商業(yè)化的進(jìn)程依然困難重重。
材料成掣肘的關(guān)鍵
萬丈高樓，起于壘土。關(guān)鍵材料的缺位就猶如是搭建積木的底座，中國的燃料電池這塊搭建中的積木，在關(guān)鍵材料缺位的局面下，產(chǎn)業(yè)風(fēng)險可想而知。
膜電極組件是氫燃料電池最為核心的組成部分，由質(zhì)子交換膜、催化層和氣體擴(kuò)散層三者構(gòu)成的膜電極組件相當(dāng)于燃料電池的心臟。
質(zhì)子交換膜的主要功能是傳輸質(zhì)子，分隔反應(yīng)氣體以及電子絕緣。它負(fù)責(zé)“把門”，把質(zhì)子放過去，把電子攔下來；催化層主要搭載的是催化劑，催化劑可以促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過程并產(chǎn)生電流；氣體擴(kuò)散層則由基底層和微孔層組成，它要求具有高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和疏水性。
質(zhì)子交換膜、催化層和氣體擴(kuò)散層這三大核心材料，決定著氫燃料電池的壽命和性能，在很大程度上，也是支撐著整座“大廈”的地基。
然而，現(xiàn)實的情況是，構(gòu)成膜電極組件的三大核心材料都尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化量產(chǎn)，核心技術(shù)都掌握在國外企業(yè)手中。
“燃料電池的膜電極技術(shù)在加拿大巴拉德手里?！币晃皇煜と剂想姵匦袠I(yè)的投資人士告訴新材料在線?，這家做燃料電池幾十年的公司最近因為中國企業(yè)的需求受益明顯，股價漲幅驚人。而它的子公司美國AvCarb公司還掌握核心的氣體擴(kuò)散層技術(shù)。
另一方面，質(zhì)子交換膜燃料電池最核心的技術(shù)材料-------全氟磺酸樹脂，幾乎完全依賴進(jìn)口。能夠批量商業(yè)化的全氟磺酸樹脂基本被美國杜邦、德國索爾維（SOLVAY）和日本的旭化成等少數(shù)幾家公司所壟斷，而且旭化成除了本土公司，并未對外銷售該產(chǎn)品。
除了質(zhì)子交換膜，這種差距還體現(xiàn)在催化劑的制備上。鉑(Pt)作為當(dāng)前主流的燃料電池催化劑，屬于貴金屬和稀有金屬，只有實現(xiàn)技術(shù)突破將鉑的使用量降下來，才能大大降低制造成本。
事實上，實驗室制備水平一般為毫克級，量產(chǎn)技術(shù)需公斤級水平。批量生產(chǎn)要突破三項關(guān)鍵技術(shù)：一是反應(yīng)條件的均一，確保批次穩(wěn)定性；二是鉑顆粒納米尺寸控制，確保催化活性比表面積；三是提升碳載體的穩(wěn)定性，達(dá)到車用工況下的使用壽命。對于國內(nèi)相關(guān)企業(yè)來說，要達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)還有很長的路要走。
“一輛乘用車要用幾十克甚至100多克，價值不菲不說，關(guān)鍵是，經(jīng)營稀有金屬的日本田中貴金屬工業(yè)供應(yīng)的鉑擁有全球6成的份額，而且田中貴金屬正在提升燃料電池催化劑的產(chǎn)能，可將目前的生產(chǎn)能力提高7倍?！鄙鲜鐾顿Y人士表示，國內(nèi)在燃料電池催化劑方面也毫無優(yōu)勢可言。
從整體情況來看，當(dāng)前國內(nèi)的現(xiàn)狀是，造氫燃料電池汽車容易，造氫燃料電池、造儲存運(yùn)輸氫氣的配套裝置難。甚至國內(nèi)連防氫脆的不銹鋼都得從日本進(jìn)口，氫燃料產(chǎn)業(yè)鏈卡脖子的程度可想而知。
“巧婦難為無米之炊。我們的關(guān)鍵材料長期依賴國外，一旦國外禁售，我國的燃料電池產(chǎn)業(yè)便沒有了材料基礎(chǔ)支撐?！痹谇迦A大學(xué)氫燃料電池實驗室主任王誠看來，關(guān)鍵材料缺位就阻礙了國內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。
不過，稍微令人欣慰的是，我國的民營公司在正在嘗試做出一些新的突破。根據(jù)相關(guān)報道，東岳集團(tuán)在質(zhì)子交換膜的核心材料——全氟磺酸樹脂上已經(jīng)開始小批量試產(chǎn)，測試壽命超過6000小時，并獲得AFCC的技術(shù)達(dá)標(biāo)獎。這款產(chǎn)品若能成功量產(chǎn)，或?qū)⒔K結(jié)國際材料巨頭壟斷燃料電池質(zhì)子交換膜領(lǐng)域市場的局面。
商業(yè)化推廣應(yīng)補(bǔ)齊產(chǎn)業(yè)鏈短板
實驗室技術(shù)難以走向市場的關(guān)鍵在于中國燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程太過遲緩，與正處于日中天的鋰電池相比更是難以望其項背。
根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2018年我國燃料電池車總銷量達(dá)1527輛，均為商用車，而新能源汽車總銷量達(dá)125.6萬輛，即燃料電池車的新能源汽車占比僅0.12%。而相對于我國2018年商用車總銷量437.1萬輛來說，燃料電池商用車0.03%的滲透率就如同是九牛一毛。
無論是增速還是市場規(guī)模，氫燃料電池車都被采用鋰電池的純電動汽車遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。從某種程度來看，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的滯后和過高的成本都阻礙了燃料電池的市場推廣進(jìn)度。
截止2018年，國內(nèi)共建有加氫站只有17座，正式運(yùn)營的只有12座，其中日加氫能力達(dá)到2000KG/天的共有兩座，分別為江蘇如皋的百應(yīng)加氫站以及武漢氫能加氫站，均為國內(nèi)日加氫能力最強(qiáng)的站點(diǎn)，且現(xiàn)兩座加氫站均已經(jīng)實現(xiàn)投產(chǎn)。
然而，市場的冷淡并未澆熄政府的扶持的決心。根據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》規(guī)劃，到2020年，我國加氫站數(shù)量將達(dá)到100座，燃料電池車輛達(dá)到1萬輛；到2030年，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破10000億元，加氫站數(shù)量達(dá)到1000座，燃料電池車輛保有量達(dá)到200萬輛。屆時，中國有望成為全球最大的燃料電池汽車市場。
據(jù)中證網(wǎng)消息，今年兩會開幕前，有權(quán)威人士透露，氫燃料電池汽車有望在2019年正式實施“十城千輛”推廣計劃。該方案與十年前電動汽車的推廣思路如出一轍。
與此同時，地方政府也快馬加鞭的推進(jìn)燃料電池的產(chǎn)業(yè)化，各個地方政府特別是在之前新能源汽車沒有特別大的產(chǎn)業(yè)投入的，在燃料電池這塊也是出奇制勝，針對各自的基礎(chǔ)制定了相關(guān)的規(guī)劃來實現(xiàn)相關(guān)國家規(guī)劃落地工作，引進(jìn)和制定工作計劃，主要包含北京、上海、武漢和佛山等主要地區(qū)。
“一個容易被忽視的環(huán)節(jié)在于，政府的產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向有時候會與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡南轅北轍?！币晃蝗剂想姵厣嫌晤I(lǐng)域的負(fù)責(zé)人告訴新材料在線?，政府希望在能源結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡快明晰氫能源的地位，但扶持的方向還主要集中在整車終端上。
根據(jù)2018年的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，燃料電池車按照額定功率與驅(qū)動電機(jī)的額定功率比值確定補(bǔ)貼系數(shù)，乘用車、輕型客車和貨車、大中型客車和中重型貨車分別單車補(bǔ)貼上限為20萬/輛、30萬/輛、50萬/輛，補(bǔ)貼在2020年前不會退坡。
上游材料顯然并不在補(bǔ)貼考慮的范圍之內(nèi)。
蛋生雞還是雞生蛋？這似乎是一個難以扯清的話題，但擺在中國燃料電池產(chǎn)業(yè)眼前的問題是，基礎(chǔ)不牢固，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就難以為續(xù)，實現(xiàn)這一切的前提必須是補(bǔ)齊短板
毫無疑問，核心技術(shù)，特別是基礎(chǔ)性的核心材料技術(shù)是橫跨在政府和企業(yè)面前的一條極難逾越的鴻溝。要打破發(fā)達(dá)國家的長期技術(shù)壟斷，就得加大對燃料電池核心材料產(chǎn)業(yè)化的投入。
“國內(nèi)零部件、氫基礎(chǔ)設(shè)施以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不健全，需要強(qiáng)鏈、補(bǔ)鏈，帶動新材料、新能源、汽車高端裝備制造成長，才能促進(jìn)燃料電池商業(yè)化提速?！?清華大學(xué)汽車研究所所長、博士生導(dǎo)師陳全世教授強(qiáng)調(diào)。
在陳全世看來，就現(xiàn)階段的氫燃料電池產(chǎn)業(yè)，政府和車企應(yīng)該聯(lián)合大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，把膜、催化劑、極板等基礎(chǔ)性問題先解決了，如果跨過這個階段去強(qiáng)推燃料電池車，就是為他人做嫁衣裳。
