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氢燃料电池“突围”国产化
来源:中国能源报 | 作者:proac3c72 | 发布时间: 2022-01-17 | 648 次浏览 | 分享到:
氢燃料电池“突围”国产化


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目前,绝大部分燃料电池汽车采用质子交换膜技术,质子交换膜的质量直接影响着电池性能、寿命及整车成本。近期,我国首条全自主可控30万平方米质子交换膜生产线正式投产,实现了氢燃料电池核心部件国产化,意味着我国在质子交换膜高端产品领域有了自主生产能力,将由此推动我国燃料电池核心材料产业大步向前。

作为氢燃料电池核心部件,质子交换膜好比电脑的中央处理器,其质量直接影响着电池性能、寿命及成本。早期,我国所用的质子交换膜几乎全靠进口,1平方米折合20多克,价格堪比同等重量的黄金。而今,僵局被打破。

近日,我国首条全自主可控30万平方米质子交换膜生产线在武汉投产,这也是该领域目前技术最先进、一次性成膜最大的生产线。“项目打破了市场长期被国外厂家垄断的局面,达产后可同时满足2万辆氢燃料电池汽车的用膜需求,也可用于固定式电站、备用电源、无人飞机等其应用场景。”国家电投氢能公司武汉绿动总经理刘真介绍。

实现燃料电池关键材料和零部件国产化、批量生产,有助于大幅降低整车成本。记者了解到,以上述项目为代表,国产化力量正在加速突围。

性能更优的同时,价格较国外同类产品减半

目前,绝大部分燃料电池汽车采用质子交换膜技术,但要想兼顾高性能、长寿命与低成本却非易事。自主生产、规模应用难在哪里?

刘真告诉记者,现有的质子交换膜多采用全氟化聚合物材料合成,其稳定性好、寿命长,开发和生产难度却很大,进而导致成本高、售价贵。“相比之下,国内相关研究起步较晚,技术积累薄弱,产业链配套一度不健全、不成熟,特别是高品质的关键原料和工艺设备配套能力弱。若是批量生产,对工艺技术和装备的专业化要求更高,加上前期投入大、回报周期长,很多企业往往动力不足,性能稳定的规模化生产难上加难。”

据了解,首条生产线实现多项突破。刘真举例,通过采用先进高精度涂布技术和热处理技术,可实现对质子交换膜涂布厚度的精细控制。先进的在线检测及工艺过程检测仪器,对质子交换膜的厚度、缺陷及瑕疵在线监测并实时反馈调整,可以有效提高批量化生产的一致性,进而大幅提升良品率、降低产品成本。

“除了更高的均匀性,产品在幅宽尺寸有了更多选择,可以生产厚度从8微米到20微米的质子交换膜。这是我们自己的产品,在质子电导率、气体渗透率、机械强度等方面均相当或优于国外同类产品,价格却只有一半左右。”刘真称。

中国科学院院士、武汉理工大学校长张清杰直言,质子交换膜成本对氢燃料电池发展有着重要影响,这一生产线的投产,意味着我国在质子交换膜高端产品领域有了自主生产能力,将由此推动我国燃料电池核心材料产业向前大步迈进。

产业链不能多而不强,自主化不是重复建设低质产能

在此基础上,行业需要更多突破。“实现燃料电池关键材料和部件的国产化批量生产,就能大幅降低燃料电池发动机成本,进而降低整车价格。”早前在接受记者采访时,中国工程院院士衣宝廉就表示,我国在整车、系统等方面早有布局,但零部件企业相对较少,尤其是核心部件、材料及其配套工艺相对滞后。“诸如空压机、氢气循环泵等设备,国内虽有企业介入,但大部分关键零部件仍依赖进口,无形中增加成本。”

多位人士证实,目前,电解水、氢气纯化等制氢环节基本不存在“卡脖子”问题,但产业链中下游国产化率仍待提高。“准确来说,很多设备不是完全做不出来,而是批量生产的可靠性、稳定性面临挑战。比如,精密调节、快速响应、稳定输出以及故障率等方面,目前还有较大改善空间。自主化不是低质量产能的重复建设,而要朝着高质量方向发展。”浙江锋源氢能科技有限公司董事长王海峰表示。

国家电投科技与创新部相关人士也称,近年来,国产化进程加速,但氢燃料电池关键材料及部件“卡脖子”问题尚未完全解决,比如碳纸等关键材料仍未实现国产化,电堆和系统的可靠性、耐久性未得到充分验证。“氢燃料电池技术标准、检测体系也不够完善。产业发展趋于同质化,集中表现在产业链企业多而不强。”

全国燃料电池及液流电池标委会副秘书长卢琛钰称,产业发展前期,核心设备与关键材料的研发投入相对欠缺。要么真正有实力、有创新能力的企业,缺乏更大更好的平台及资金支持;要么资金雄厚的大企业,往往更重视应用端投入,对材料和部件的重视程度不够、投资力度不足。

部分技术实现领先,全面实现国产化批量生产可期

上述人士透露,包括武汉在内,国家电投还将在华北、华东、东北等区域建设产业基地,计划形成年产万套燃料电池电堆及催化剂、膜电极、双极板等关键材料部件的自动化产线。除了质子交换膜,该公司还将推进催化剂、膜电极、双极板等关键材料和部件的研发,在功率等级、功率密度、环境适应性、耐久性等方面达到国际先进水平。

“事实上,部分国产化技术水平已经达到、甚至超过国外商业化产品,下一步是形成大批量自主生产技术。因此,亟待加强上述关键材料核心部件的技术转化,加快形成具有完全自主知识产权的批量制备技术、建立产品生产线,全面实现关键材料核心部件的国产化批量生产。”衣宝廉表示。

这一观点得到卢琛钰的赞同。“不可否认,我们的国产化进程显著,部分质子交换膜、催化剂实现了小批量应用。但从整体看,国外产品仍占据较大市场。提升电堆和系统设计能力,对相关核心材料、部件的要求更加细化;生产及测试装备的能力、精度进一步提升;充分考虑如何将实践所获得的数据反馈到研发和工程化过程中,并且逐步优化——这些都是亟待补齐的短板。”

上述人士提出,在推动技术转化应用的同时,可构建协同创新机制和合作交流平台,加强科研机构、院校、企业等多方合作,鼓励企业对突破性研究成果开展“先行先试”。同时构建政策保障体系,制定氢燃料电池技术及装备中长期发展规划,做好系统的顶层设计。


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