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除了空壓機(jī),氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化還差什么 ?
昆山遠(yuǎn)方機(jī)電設(shè)備有限公司 2019/3/8 15:20:36
制造行業(yè)不比互聯(lián)網(wǎng)企業(yè),由于其重資產(chǎn)的特點(diǎn),很難短期內(nèi)出現(xiàn)可能掌控全產(chǎn)業(yè)鏈的寡頭。建立產(chǎn)業(yè)鏈,既需要決心,更需要實(shí)力。
比如燃料電池系統(tǒng)中的核心部件空壓機(jī),我第一個(gè)想到的就是那個(gè)掌握空氣壓縮機(jī)核心技術(shù)的格力??茖W(xué)不等于技術(shù),技術(shù)也不等于產(chǎn)品,每一步都有一道鴻溝。如果格力進(jìn)入,要比幾個(gè)工程師拿筆錢(qián)創(chuàng)業(yè)靠譜一些。多挖掘這樣的企業(yè)進(jìn)入,可能大大加速燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)程。
由此,我們不妨來(lái)看看,在氫燃料電池領(lǐng)域,產(chǎn)業(yè)化還需要補(bǔ)足什么?我們除了壓縮機(jī)等必要設(shè)備,還差什么?
01 我們有什么?
說(shuō)到燃料電池,最核心的材料是質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層、以及雙極板。質(zhì)子交換膜、催化劑和擴(kuò)散層經(jīng)過(guò)一定的工藝加工程膜電極(MEA),而膜電極是燃料電池的心臟。
A.質(zhì)子交換膜
質(zhì)子交換膜是膜電極中最核心的部件之一。對(duì)于質(zhì)子交換膜,有三個(gè)主要的技術(shù)要求:
(1)必須具有較高的質(zhì)子導(dǎo)電性
(2)必須有足夠低的氣體滲透率
(3)在運(yùn)行環(huán)境下具有足夠的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性
在國(guó)內(nèi),上海有機(jī)所、大連化學(xué)物理所、武漢理工大學(xué)、山東東岳集團(tuán)、新源動(dòng)力等是質(zhì)子交換膜主要開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)單位。以東岳的DF260隔膜為例,膜厚度為15微米,在開(kāi)路電位情況下耐久性大于600小時(shí),膜在保證性能的前提下運(yùn)行壽命超過(guò)6000小時(shí),干濕循環(huán)次數(shù)超過(guò)20000次,得到AFCC(Automotive Fuel Cell Cooperation,戴姆勒-奔馳與福特的合資公司)的認(rèn)可,并給東岳特聘專家、上海交通大學(xué)張永明教授頒發(fā)了技術(shù)達(dá)標(biāo)獎(jiǎng)。目前,該膜已經(jīng)定型量產(chǎn),二代規(guī)劃產(chǎn)能20萬(wàn)平方米,至少可滿足每年20000輛全功率型FCV的需求。
催化劑以Pt(鉑)催化劑為主。中國(guó)氫能專家衣寶廉院士在一次采訪中曾提到,低Pt催化劑是燃料電池的主要技術(shù)方向。當(dāng)一輛FCV的鉑用量低于傳統(tǒng)汽車(chē)三元催化中鉑的用量的時(shí)候,就達(dá)到了目標(biāo)。而制備殼型結(jié)構(gòu)的催化劑是降低催化劑用量的一個(gè)有效的方法。
在“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持下,大連化物所、上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京大學(xué)、蘇州大學(xué)等著名研究機(jī)構(gòu)取得了多方面的進(jìn)展。
除此之外,清華大學(xué)、重慶大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)也對(duì)非Pt催化劑開(kāi)發(fā)展開(kāi)了研究,并取得了階段性成績(jī)。雖然中國(guó)新型催化劑,其中一部分在性能和穩(wěn)定性上已經(jīng)超過(guò)商業(yè)催化劑,但尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)制備。
膜電極方面,如武漢理工新能源有限公司早已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到5000平米,國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的第二代膜電極水平和國(guó)外商業(yè)化膜電極水平差距較小。目前,以開(kāi)發(fā)有序化膜電極、新一代CCM技術(shù)為主要研發(fā)方向。
雙極板也是燃料電池的核心部件之一。如果按照功能去命名,可能叫做“雙極集電分離板”更加貼切。基于雙極板的作用,其特性必須兼具較好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,極低的氣體滲透率,要有足夠的尺寸和足夠的強(qiáng)度,還要耐腐蝕。雙極板承擔(dān)著電堆大部分的重量和成本,因此,低成本、輕量化、易生產(chǎn),是對(duì)雙極板的具體要求。
從材料上看,雙極板主要分為石墨雙極板、金屬雙極板和復(fù)合材料雙極板。目前,國(guó)內(nèi)以開(kāi)發(fā)金屬雙極板電堆為主要技術(shù)路線。尤其豐田Mirai推出鈦基雙極板燃料電池電堆之后,更堅(jiān)定了行業(yè)開(kāi)發(fā)金屬雙極板技術(shù)方向的信心。雙極板技術(shù)的難點(diǎn)在于成型、焊接、涂層三個(gè)關(guān)鍵步驟。
上海治臻新能源裝備有限公司依托于上海交通大學(xué)的技術(shù)力量,已經(jīng)攻克了雙極板成型、焊接、涂層三道技術(shù)難關(guān),可以實(shí)現(xiàn)雙極板國(guó)產(chǎn)化、批量化生產(chǎn),設(shè)計(jì)年產(chǎn)量可達(dá)50萬(wàn)副,至少可供1500輛以上FCV使用。
由以上可以看出,雖然中國(guó)燃料電池技術(shù)與國(guó)際領(lǐng)先水平仍有差距,但已經(jīng)初步具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。
市場(chǎng)需求是產(chǎn)業(yè)化的前提,而產(chǎn)業(yè)化又是降低成本的基礎(chǔ)。燃料電池是關(guān)系國(guó)家未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。如果只能滿足小眾的需求,那便是資源的浪費(fèi)。但是迄今為止,燃料電池并沒(méi)有找到一個(gè)很好的應(yīng)用場(chǎng)景??v觀全球,燃料電池的盈利空間也極其有限。因此,在沒(méi)有市場(chǎng)規(guī)模的前提下,不論是研發(fā)成本、材料成本、制造成本、還是后期的維護(hù)服務(wù)成本都很難下降。
沒(méi)有規(guī)?;杀揪筒荒芙档?,成本不降低更沒(méi)有規(guī)模化市場(chǎng)。這一死循環(huán)的破解方法是不遺余力地挖掘需求,這仰賴于企業(yè)家的能力和精神:發(fā)現(xiàn)未來(lái)的機(jī)會(huì),現(xiàn)在敢于投入。
比如燃料電池系統(tǒng)中的核心部件空壓機(jī),我第一個(gè)想到的就是那個(gè)掌握空氣壓縮機(jī)核心技術(shù)的格力??茖W(xué)不等于技術(shù),技術(shù)也不等于產(chǎn)品,每一步都有一道鴻溝。如果格力進(jìn)入,要比幾個(gè)工程師拿筆錢(qián)創(chuàng)業(yè)靠譜一些。多挖掘這樣的企業(yè)進(jìn)入,可能大大加速燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)程。
由此,我們不妨來(lái)看看,在氫燃料電池領(lǐng)域,產(chǎn)業(yè)化還需要補(bǔ)足什么?我們除了壓縮機(jī)等必要設(shè)備,還差什么?
01 我們有什么?
說(shuō)到燃料電池,最核心的材料是質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層、以及雙極板。質(zhì)子交換膜、催化劑和擴(kuò)散層經(jīng)過(guò)一定的工藝加工程膜電極(MEA),而膜電極是燃料電池的心臟。
A.質(zhì)子交換膜
質(zhì)子交換膜是膜電極中最核心的部件之一。對(duì)于質(zhì)子交換膜,有三個(gè)主要的技術(shù)要求:
(1)必須具有較高的質(zhì)子導(dǎo)電性
(2)必須有足夠低的氣體滲透率
(3)在運(yùn)行環(huán)境下具有足夠的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性
在國(guó)內(nèi),上海有機(jī)所、大連化學(xué)物理所、武漢理工大學(xué)、山東東岳集團(tuán)、新源動(dòng)力等是質(zhì)子交換膜主要開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)單位。以東岳的DF260隔膜為例,膜厚度為15微米,在開(kāi)路電位情況下耐久性大于600小時(shí),膜在保證性能的前提下運(yùn)行壽命超過(guò)6000小時(shí),干濕循環(huán)次數(shù)超過(guò)20000次,得到AFCC(Automotive Fuel Cell Cooperation,戴姆勒-奔馳與福特的合資公司)的認(rèn)可,并給東岳特聘專家、上海交通大學(xué)張永明教授頒發(fā)了技術(shù)達(dá)標(biāo)獎(jiǎng)。目前,該膜已經(jīng)定型量產(chǎn),二代規(guī)劃產(chǎn)能20萬(wàn)平方米,至少可滿足每年20000輛全功率型FCV的需求。
催化劑以Pt(鉑)催化劑為主。中國(guó)氫能專家衣寶廉院士在一次采訪中曾提到,低Pt催化劑是燃料電池的主要技術(shù)方向。當(dāng)一輛FCV的鉑用量低于傳統(tǒng)汽車(chē)三元催化中鉑的用量的時(shí)候,就達(dá)到了目標(biāo)。而制備殼型結(jié)構(gòu)的催化劑是降低催化劑用量的一個(gè)有效的方法。
在“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持下,大連化物所、上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京大學(xué)、蘇州大學(xué)等著名研究機(jī)構(gòu)取得了多方面的進(jìn)展。
除此之外,清華大學(xué)、重慶大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)也對(duì)非Pt催化劑開(kāi)發(fā)展開(kāi)了研究,并取得了階段性成績(jī)。雖然中國(guó)新型催化劑,其中一部分在性能和穩(wěn)定性上已經(jīng)超過(guò)商業(yè)催化劑,但尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)制備。
膜電極方面,如武漢理工新能源有限公司早已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到5000平米,國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的第二代膜電極水平和國(guó)外商業(yè)化膜電極水平差距較小。目前,以開(kāi)發(fā)有序化膜電極、新一代CCM技術(shù)為主要研發(fā)方向。
雙極板也是燃料電池的核心部件之一。如果按照功能去命名,可能叫做“雙極集電分離板”更加貼切。基于雙極板的作用,其特性必須兼具較好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,極低的氣體滲透率,要有足夠的尺寸和足夠的強(qiáng)度,還要耐腐蝕。雙極板承擔(dān)著電堆大部分的重量和成本,因此,低成本、輕量化、易生產(chǎn),是對(duì)雙極板的具體要求。
從材料上看,雙極板主要分為石墨雙極板、金屬雙極板和復(fù)合材料雙極板。目前,國(guó)內(nèi)以開(kāi)發(fā)金屬雙極板電堆為主要技術(shù)路線。尤其豐田Mirai推出鈦基雙極板燃料電池電堆之后,更堅(jiān)定了行業(yè)開(kāi)發(fā)金屬雙極板技術(shù)方向的信心。雙極板技術(shù)的難點(diǎn)在于成型、焊接、涂層三個(gè)關(guān)鍵步驟。
上海治臻新能源裝備有限公司依托于上海交通大學(xué)的技術(shù)力量,已經(jīng)攻克了雙極板成型、焊接、涂層三道技術(shù)難關(guān),可以實(shí)現(xiàn)雙極板國(guó)產(chǎn)化、批量化生產(chǎn),設(shè)計(jì)年產(chǎn)量可達(dá)50萬(wàn)副,至少可供1500輛以上FCV使用。
由以上可以看出,雖然中國(guó)燃料電池技術(shù)與國(guó)際領(lǐng)先水平仍有差距,但已經(jīng)初步具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。
市場(chǎng)需求是產(chǎn)業(yè)化的前提,而產(chǎn)業(yè)化又是降低成本的基礎(chǔ)。燃料電池是關(guān)系國(guó)家未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。如果只能滿足小眾的需求,那便是資源的浪費(fèi)。但是迄今為止,燃料電池并沒(méi)有找到一個(gè)很好的應(yīng)用場(chǎng)景??v觀全球,燃料電池的盈利空間也極其有限。因此,在沒(méi)有市場(chǎng)規(guī)模的前提下,不論是研發(fā)成本、材料成本、制造成本、還是后期的維護(hù)服務(wù)成本都很難下降。
沒(méi)有規(guī)?;杀揪筒荒芙档?,成本不降低更沒(méi)有規(guī)模化市場(chǎng)。這一死循環(huán)的破解方法是不遺余力地挖掘需求,這仰賴于企業(yè)家的能力和精神:發(fā)現(xiàn)未來(lái)的機(jī)會(huì),現(xiàn)在敢于投入。