燃料電池車自主供應能力訪談|實驗室成績多,產業化需努力
發布時間:2019-10-28 11:25:00

燃料電池車自主供應能力訪談|實驗室成績多,產業化需努力

為什么依賴進口?


部分受訪者認為,科研成果難以轉化為商業產品,只是表象。更本質的原因在于,運氫問題尚未解決,導致部分城市高純氫貴;整車成本高、加氫站建設費用高,綜合因素作用下,中國的燃料電池產業鏈仍未形成。


沒有產業鏈,就沒有利潤。面對虧本的買賣,作為市場創新主體的企業自然難有技術攻關、進而和進口產品競爭的積極性。


不過,不論是國內的主機廠、零部件企業,還是能源公司,都在積極推動燃料電池汽車鏈條的國產化進程,部分已經發布了階段性研發成果。用一位一線工程師的話說,“燃料電池行業處于發展初期,政府和行業都應該充滿信心,堅信星星之火可以燎原。”


1催化劑:做得了1克,做不了1公斤


燃料電池國產化,涉及多項核心零部件。


國內某主流氫燃料電池企業產品負責人介紹,燃料電池電堆主要由膜電極、雙極板、端板、絕緣板、集流板和密封件等組成。作為主要零部件的催化劑占電堆成本比例約為36%,雙極板占比約為23%,氣體擴散層和質子交換膜占比分別約為16%和12%。


根據車型和技術路線等差別,催化劑等成本占比略有不同,圖為參加2019氫能產業發展峰會的某客車企業統計數據。


國家電力投資集團有限公司氫能首席技術官柴茂榮告訴記者,國產燃料電池涉及的催化劑、膜電極、雙極板等核心技術,對進口的依賴都比較嚴重。


張先生是國內某大型材料研發機構的燃料電池工程師,據他觀察,近幾年,國內對燃料電池催化劑的研究非常火,尤其是高校在催化劑、膜電極等領域的專利申請數量相當多。而這些研究正是不少國內企業的技術來源。


張先生說,可惜的是,這些科研成果,目前大多數沒有轉化為商業產品。


中國工程院院士衣寶廉告訴記者,目前,國內有不少研究催化劑的單位,發表的高水平論文也有很多,而且并不缺乏制備催化劑的公司。但是,這些單位和企業都拿不出催化劑裝車的運行數據。


衣寶廉介紹,國內有催化劑開發能力的公司,正在開發高活性、低鉑載量的催化劑,并在自己的電堆上進行試驗。但在產業端,大部分企業仍要進口日本和英國等國的催化劑。


上述產品負責人也表示,目前,部分國產催化劑通過了樣品開發和測試,但商用化和規模化積累不足,因此,進口催化劑仍然是目前國內燃料電池企業的首選。


為什么實驗室能做出來,工廠卻生產不出來?


柴茂榮告訴記者,實驗室的催化劑多用半電極測試性能,性能要求相對寬松,但用于量產的膜電極,需要經受抗氧化、抗中毒、耐久性,以及催化劑中雜質對質子膜等的影響考驗。因此,實驗室做出的催化劑,能直接用于企業膜電極生產的數量有限。


另外,張先生認為,實驗室有精密的實驗設備,有專業的(通常是博士學歷及以上的)科研人員,在這種特定條件下制出1克催化劑并不難。但對于企業而言,受限于設備、工藝、工人技術水平,每天能產出100克-1000克燃料電池催化劑,已經是領先水平。


“博士能做不算生產能力,普通工人也能操作才是生產能力,才有規模化的可能。我們現在缺的就是生產能力,這種能力一定是企業才能搞定的。”張先生說。


張先生所說的“生產能力”,反映在消費端,就是中國能源工程集團氫能科技有限公司(中氫科技)CEO范欽柏口中的“用戶級產品”。


在范欽柏看來,目前,燃料電池汽車對氫氣、空氣質量、機器精密度和操作都很敏感,是“教授級”產品,這樣的產品價值很低,不是用戶真正需要。行業應該對燃料電池汽車去敏感化,讓其成為有價值的“用戶級”產品。


2雙極板:成品率僅98%


目前,國內大部分燃料電池企業使用的是石墨雙極板和復合材料雙極板。


衣寶廉介紹,金屬板作為提高電堆比功率的主要方式,國內各公司都在大力研發并組裝。部分企業宣稱,其開發的金屬電堆比功率超過3.0kW/L,且均裝車試運行,但實際壽命有多長,還要看運行結果。


上海捷氫科技有限公司業務規劃及項目總監余意也表示,和石墨雙極板相比,金屬雙極板厚度薄,導電、導熱性能更好,機械強度更高,量產工藝工序更少,因此性能優異且更易于批量化生產。但金屬雙極板的成型工藝要求高,耐腐蝕性較差,壽命不易保證,這也是其國產化的主要難點。


張先生告訴記者》,目前,國產雙極板最大的問題是模具加工精度不夠高。例如,國外對雙極板的公差要求為±10微米,國內模具的公差普遍遠大于這個數字。


模具公差大,導致雙極板和燃料電池的不良品率遠高于產品最低要求。


范欽柏介紹,動力電池的電流密度只有100毫安/平方厘米,而燃料電池的電流密度能做到1.5安/平方厘米。這就意味著,燃料電池堆精密度的要求遠高于動力電池,不良品率要降到億分之一。但實際上,國產燃料電池普遍的不良品率高達2%。


除了模具本身的問題,管理過程不科學,品質控制不嚴格,也讓國產燃料電池的一致性大打折扣。


范欽柏曾在海外從事燃料電池研發工作近30年,回國不到1年時間,國內部分企業的管理方法讓他感觸頗深。


據范欽柏介紹,單電池裝堆時,企業會對每個電池的膜電極檢漏,測試單位時間內的氣體漏出量是否超標。有的企業只要求“差不多”達標即可,而非嚴格執行品控標準,導致電堆裝車后,有的產品僅兩周就出現問題,無法運行。


“部分企業生產愛講‘差不多’,企業缺乏責任心,這是國產產品缺乏國際競爭力的一大問題。”


3其他零部件:基礎材料研發被卡


不只是燃料電池,空壓機、氫氣循環泵等燃料電池汽車系統零部件,國產產品和進口產品的差距也很大。


張先生在乘坐過豐田Mirai和國內某主流車企生產的燃料電池車后直言,前者沒有明顯噪音,后者的噪音則相當大。


余意介紹,空壓機、氫氣循環泵研發涉及到熱學、力學、動力學、電機電控、材料等多學科,尤其是大流量高壓比的空壓機和氫循環泵,需要深厚的技術積累、完善的開發流程和大量的資金投入。


一位曾在海外某知名燃料電池企業任職多年的專家告訴記者,普通空壓機采用鋼制軸承,但燃料電池汽車的空壓機轉速極高,需要使用陶瓷軸承。而這種陶瓷軸承,國內依然十分缺乏。


“只要涉及基礎材料,國產零部件基本上就卡死了。”他感嘆。


不過,據衣寶廉介紹,國內空氣軸承的空壓機已經研制成功,并應用在億華通的燃料電池車上。金士頓JSD推出的無油空壓機采用空氣軸承、高速永磁電機和高頻控制器等技術,核心技術均為公司自主研發。


除了燃料電池汽車本身,整車之外的儲氫、運氫、加氫鏈條,儲氫罐用的碳纖維、閥件,加氫槍用橡膠、氫氣計量設備,國產產品仍與國際先進水平差距較大。


以加氫槍的橡膠為例,柴茂榮介紹,加氫槍專用的橡膠既要抗壓,又要耐氫,對企業的工藝水平挑戰很大。而且,一根橡膠管的價格高達數萬美元,壽命則只有半年到一年左右。技術難度大、更換成本高,讓這種特殊橡膠國產化十分緩慢。


余意也表示,和國際先進水平相比,國產碳纖維的成品率相對較低,成本較高,國產閥件的高壓密封可靠性、金屬材料的耐氫脆性和高壓環境下的耐久性比較差。


不過,柴茂榮認為,閥件、儲運罐特種鋼、氫氣計量設備等零部件對外依存度高,并非在于國內企業做不到,而在于企業不愿做。換言之,無利可圖導致企業缺乏創新的積極性。


為什么無利可圖?


4“氫價高、車價高、建站貴”


衣寶廉認為,燃料電池車的關鍵材料和核心零部件的國產化進程不理想,商業化速度慢主要受制于三高:車的成本高、氫氣價格高、加氫站建設費用高。


某客車企業高管曾在公開演講中表示,氫氣價格非常昂貴,導致氫燃料電池汽車車的營運成本居高不下,是企業燃料電池汽車推廣的難題。


范欽柏算了一筆賬,目前,國內氫氣的市場價格約為100元/千克,測試60千瓦的燃料電池堆,大約需要氫氣每小時4千克,市場價每小時為400元。這樣算來,一輛燃料電池汽車每天要消耗氫氣3000多元,根據不同的計量比,一年的測試價格近百萬元。


一邊,是下游主機廠苦于用氫成本過高,另一邊,是上游制氫企業抱怨氫氣沒有市場。“電池堆做得起,氫氣用不起,是很多燃料電池汽車企業面臨的現實困難。”他說。


如何解決“用不起氫”的難題?范欽柏的看法是,專業的人做專業的事,由能源企業牽頭,疏通上游制氫企業和下游主機廠間的運輸過程,進一步降低企業用氫成本。


另外,衣寶廉告訴記者 ,一般城市的高純氫價格較高,但目前,國內加氫站的加氫價是60到80元/千克,低于國際水平。他認為,大量利用工業副產氫與棄水、棄風、棄光發電的電解水制氫,國產加氫站的加氫費用很快會降下來。


5國產品牌在努力


目前,能源企業正在加速進入燃料電池領域。


2019年8月,國電投發布燃料電池研究階段性成果,柴茂榮向媒體表示,國電投研發的催化劑通過了1.0-1.5V十萬次的耐久性測試,其衰減特性值仍大于80%。他同時強調,催化劑材料從實驗室到裝車需要2年,裝車后仍然需要3年時間驗證。


中氫科技方面,范欽柏介紹,目前,該公司有石墨板和金屬雙極板的開發能力,裝車實測正在按計劃進行。


主機廠一端的國產化進程也沒有停止。


捷氫科技燃料電池系統產品P390,電堆及核心部件自主開發


在2019年9月22日的2019氫能產業發展峰會上,被問及如何降低進口依存度時,捷氫科技總經理盧兵兵表示,捷氫已經具備雙極板、膜電極設計、電堆集成、燃料電池系統集成能力。在質子交換膜、催化劑和碳紙等核心材料領域,希望與供應商合作,發揮各自特長,提高國產燃料電池競爭力。


談到于燃料電池核心材料和零部件國產化的前景,范欽柏說,國產化困難多、速度慢不是問題,問題是,大家是不是真想把燃料電池行業做起來?只要真想做事,而不是沖著補貼去,中國的燃料電池行業就有希望。


衣寶廉也表示,要加強電堆企業與關鍵材料研發單位的協作、聯合攻關和實驗。只有如此,才能加速國內氫燃料電池汽車關鍵材料和核心零部件產業化進步。


第四屆動力電池應用國際峰會CBIS2019

稿件來源: 電動車觀察家
相關閱讀:
發布
驗證碼:
广东彩票快乐十分走势图