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除了空压机,氢燃料电池汽车产业化还差什么 ?

  【中国压缩机网】前几日,汉钟精机公司透漏已研发出应用于燃料电池产业的空气压缩机产品,引发各界热议。
  全国政协副主席、科技部前部长万钢,在《人民日报》撰文称,新能源汽车应及时把产业化重点向燃料电池汽车拓展。
 
  一文掀起千层浪,特别是氢燃料电池是否具备了产业化条件,业界争议很大。
 
  由此,我们不妨来看看,在氢燃料电池领域,产业化还需要补足什么?我们除了压缩机等必要设备,还差什么?
 
  01 我们有什么?
 
  说到燃料电池,最核心的材料是?#39318;?#20132;换膜、催化剂、气体扩散层、以及双极板。?#39318;?#20132;换膜、催化剂和扩散层经过?#27426;?#30340;工艺加工程膜电极(MEA),而膜电极是燃料电池的心脏。
 
  A.?#39318;?#20132;换膜
 
  ?#39318;?#20132;换膜是膜电极中最核心的部件之一。对于?#39318;?#20132;换膜,有三个主要的技术要求:
 
  (1)必须具有较高的?#39318;?#23548;电性
 
除了空压机,氢燃料电池汽车产业化还差什么 ?
 
  (2)必须有足够低的气体渗透率
 
  (3)在运行环境下具有足够的化学和机械稳定性
 
  在国内,上海有机所、大连化学物理所、武汉理工大学、山东东岳集团、新源动力等是?#39318;?#20132;换膜主要开发和生产单位。以东岳的DF260隔膜为例,膜厚度为15微米,在开路电位情况下耐久?#28304;?#20110;600小?#20445;?#33180;在保证?#38405;?#30340;前提下运行寿命超过6000小?#20445;?#24178;湿循环次数超过20000次,得到AFCC(Automotive Fuel Cell Cooperation,戴姆勒-奔驰与福特的合?#20351;?#21496;)的认可,并给东岳特聘专家、上海交通大学张永明教授颁发了技术达标奖。目前,该膜已经定型量产,二代规划产能20万平方米,至少可满足每年20000辆全功率型FCV的需求。
 
  B.催化剂
 
  催化剂以Pt(铂)催化剂为主。中国氢能专家衣宝廉院士在一次采访中曾提到,低Pt催化剂是燃料电池的主要技术方向。当一辆FCV的铂用?#24247;?#20110;传统汽车三元催化中铂的用?#24247;?#26102;候,就达到了目标。而制备壳型结构的催化剂是降低催化剂用?#24247;?#19968;个?#34892;?#30340;方法。
 
  在“十三五”重点研发计划项?#24247;?#25903;持下,大连化物所、上海交通大学、华南理工大学、?#26412;?#22823;学、?#32617;?#22823;学等著名研究机构取得了多方面的进展。
  除此之外,清华大学、重庆大学、厦门大学等研究机构也对非Pt催化剂开发展开了研究,并取得了阶段性成绩。虽然中国新型催化剂,其中一部分在?#38405;?#21644;稳定性上已经超过商业催化剂,但尚未实现量产制备。
 
  C.膜电极
 
  膜电极方面,如武汉理工新能源有限公司早已实现了商业化生产,产能已经达到5000平米,国内开发的第二代膜电极水平和国外商业化膜电极水平差距较小。目前,以开发?#34892;?#21270;膜电极、新一代CCM技术为主要研发方向。
 
  D.双极板
 
  双极板也是燃料电池的核心部件之一。如果按?#23637;?#33021;去命名,可能叫做“双极集电分离板”更加贴?#23567;?#22522;于双极板的作用,其特?#21592;?#39035;兼具较好的导电、导热?#38405;埽?#26497;低的气体渗透率,要有足够的尺寸和足够的强度,还要?#36879;?#34432;。双极板?#26800;?#30528;电堆大部分的重量和成本,因此,低成本、轻量化、易生产,是对双极板的具体要求。
 
  从材料上看,双极板主要分为石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板。目前,国内以开发金属双极板电堆为主要技术路线。尤其丰田Mirai推出钛基双极板燃料电池电堆之后,更坚定了行业开发金属双极板技术方向的信心。双极板技术的难点在于成型、焊接、涂层三个关键步骤。
 
  上海治臻新能源装备有限公司依托于上海交通大学的技术力量,已经攻克了双极板成型、焊接、涂层三道技术?#21387;兀?#21487;以实现双极板国产化、批量化生产,设计年产量可达50万?#20445;?#33267;少可供1500辆以上FCV使用。
 
  由以上可以看出,虽然中国燃料电池技术与国际领?#20154;?#24179;仍有差距,但已经初步具备了产业化的条件。
 
  02 我们缺什么?

  A.缺市场驱动力
 
  市场需求是产业化的前提,而产业化又是降低成本的基础。燃料电池是关系国家未来能源结构的关键技术。如果只能满足小众的需求,那便是资源的浪费。但是迄今为止,燃料电池并没有?#19994;?#19968;个很好的应用场景。纵观全球,燃料电池的盈利空间也极其有限。因此,在没有市场规模的前提下,不论是研发成本、材料成本、制造成本、还是后期的维护服务成本都很难下降。
 
  没有规模化成本就不能降低,成本不降?#36879;?#27809;有规模化市场。这一死循环的?#24179;?#26041;法是不遗余力地挖掘需求,这仰赖于企业?#19994;?#33021;力和精神:发现未来的机会,现在敢于?#24230;搿?br />  
除了空压机,氢燃料电池汽车产业化还差什么 ?
 
  B.缺战略性的?#24335;?/strong>
 
  《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》提出了燃料电池的目标:“2020年实现?#39318;?#20132;换膜燃料电池(以下称PEMFC)电源?#20302;?#23454;现额定输出功率50~100kW、?#20302;?#27604;功率≥300Wh/kg、电堆比功率3000W/L以上、使用寿命5000小时。”一个50kW的电堆,完成5000小时的寿命测试,仅氢气费用就要达到上百万甚至数百万之多,因此,发展燃料电池产业,需要大?#24247;淖式鹜度搿?/div>
 
  燃料电池是一条长线投资,换言之,燃料电池的获利属于未来。因此,燃料电池缺乏的是高瞻远瞩的战略投资。更加需要警惕的是,如果资本急功近利可能会产生“拔苗助长”的负面效果,?#28909;?#25226;不合格的电堆推向市场,可能引发故障或者事故,除了安全隐患外,甚至会误导社会对燃料电池的认知,反而不利于燃料电池行业的发展。
 
  C.缺产业链
 
  现在社会分工更?#29992;饗福?#22914;果燃料电池只是几个企业,而非一个产业,那势必是低效的。说到产业链,我们很容易想到制氢和储氢。?#21202;誐irai的数据,百公里氢气消耗量约为0.6~0.7公斤。那么氢气的价格就直接关系到用户的使用成本。氢气价格的组成,受到制氢、纯化、储运、加氢站建设与运营、利润等诸多因素影响,甚至包括加氢计?#24247;?#20559;差。
 
  未形成产业链,是除了市场规模外,另一个影响燃料电池成本的重要原因。或者通俗的说:这些材料和元器件都不是专为燃料电池设?#39057;模?#22240;此可能存在着需求与?#38405;?#21644;成本上的各种不匹配。如FCV一般使用碳纤维材料作为生产IV型瓶(非金属内胆全缠绕气瓶)的主要材料,这种材料的成本短期内成本可能很难降低。
 
除了空压机,氢燃料电池汽车产业化还差什么 ?
 
  03 怎么做

  A.找应用场景
 
  如果燃料电池不能?#19994;?#21512;理的应用场景,可能会成本失真,缺乏方向。前文提到?#20999;?#22269;内顶尖的燃料电池研发机构,未必是产业化的最合适场所。他们有能力提升材料和电堆的各项指标,完善着各种理论,甚至开发原型机和工程样机……但这都不是达成产业化的充分条件。
 
  燃料电池的场景,?#28909;?#37325;载货车利用“液氢+燃料电池”的组合,或者特种燃料电池车辆(如叉车)。这些是企业?#19968;?#20110;商业嗅觉所开发的应用,而非科学?#19994;?#21028;断。燃料电池产业化的前提是,?#19994;?#19981;得不使用燃料电池的应用场景。光阐述燃料电池的优势并没有什么帮助。
除了空压机,氢燃料电池汽车产业化还差什么 ?
 
  应用场景合适,才有可能创造市场。有了市场,才会营造规模,而在规模之下,原来固有的问题,可能不再是问题。?#28909;?#22823;家都担心燃料电池对贵金属催化剂的?#35272;担?#20294;当它初具规模,形成Pt回收的产业链条,这个担心将不?#21019;?#22312;。
 
  B.相信?#32422;?#30340;专家
 
  如果有在先进企业工作过的人,?#25954;?#22312;国内工作,恰好他们在国外还接触过燃料电池,国内企业很多企业都会趋之若鹜。但即使他们真的了解核心技术,也未必能将中国的燃料电池技术推向新的高峰。
 
  技术应用,也要因地制宜。需要技术专家,更需要技术团队、研发机制、?#24335;?#25903;持、绩效管理等一系列影响因素。一个企业,很难因为某个专家而改变基因。也许这些洋专家?#32422;?#20063;很清楚,他的价?#25285;?#22810;来自于?#27426;猿频?#20449;息。为保证?#32422;?#30340;?#25214;媯?#20063;很少有人?#25954;?#25226;?#32422;?#25484;握的东西全盘托出。
 
  我们有?#32422;?#30340;专家,在燃料电池研发的道路上,走了十余年或者几十年,更重要是,他们更了解国情,提出的建议更具有可行性。
 
  某次会议上,一位德国专?#20197;?#22238;答中国企业的征询时说了一句:FürIhre China-Problem, sollten Sie Ihre eigenen chinesischen Experten informieren(中国的问题,要请教中国?#32422;?#30340;专家)。这句话我非常赞同。

  C.灵活的战略
 
  首先,战略制定要因地制宜。中国每年大?#24247;?#21487;再生能源无法上网,出现了大?#24247;?#24323;风弃光现象。是否?#27426;?#21487;以用这些电能电解水制氢??#20204;?#35748;为商业模型成立,但根据质量守恒,每生产1公斤氢气,所需要的水为9公斤(?#23548;?#26356;多)。因此不见得有弃风弃光的地方?#38469;?#21512;电解水制氢,还需要考虑当地是不是有充足?#22870;?#30340;水源。
 
  其次,要发展的看问题。发展清洁能源战?#21592;?#20250;有一个趋势:未来可再生能源的上网?#24335;?#22823;量提升,这就意味着弃风弃光现象将减少。可再生能源发电制氢作为一个长期投资项目,必须考虑这个因素在未来对经济模型的影响。
 
  第三,战略要可执行,不能为氢能而氢能。即使是日本,也提出了“氢电并重”的战略方向。
 
  D.建立产业链
 
  制造行业不?#28982;?#32852;网企业,由于其重资产的特点,很?#35759;?#26399;内出现可能掌控全产业链的寡头。建立产业链,既需要决心,更需要实力。
 
  ?#28909;?#29123;料电池?#20302;?#20013;的核心部件空压机,?#19994;?#19968;个想到的就是那个掌握空气压缩机核心技术的格力。科学不等于技术,技术也不等于产品,每一步都有一道鸿沟。如果格力进入,要?#29123;?#20010;工程师拿?#26159;?#21019;业?#31185;?#19968;些。多挖掘这样的企业进入,可能大大加速燃料电池产业链的进程。
 
  04 总结
 
  什么是产业化??#19994;?#29702;解是有规模化的市场,标准化的产品,专业化的分工,以及合理的商业模式四个条件。如果用这四个标准来衡量,燃料电池目前所处的产业状态比较初级,但是具备了初步产业化的条件。
 
  有好的土壤,才能孕育出好的技术。?#36824;?#30446;前中国汽车主管部门的思路,如万钢文章指出的,将远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等纯电动汽车不能覆盖的市场需求,确定为氢燃料电池的应用场景。这?#36824;?#26041;指引,和民间企业的判断,大体一致。另外,根据中国的节能与新能源汽车技术路线图,2020年将有5000辆氢燃料电池市场,2025年将有5万辆的市场。这些因素,有望带动氢燃料电池产业化的开始。
 

标签: 空压机燃料电池  

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