長期以來，氫燃料電池核心材料技術主要掌握在國外企業(yè)手中。如何突破核心材料技術瓶頸、掌握核心制造工藝、解決關鍵材料卡脖子環(huán)節(jié)，成為了我國燃料電池產業(yè)必須攻克的難題。

                             

2020先進材料集群產業(yè)發(fā)展論壇現(xiàn)場

 

8月26-27日，2020先進材料集群產業(yè)發(fā)展論壇在深圳機場凱悅酒店成功舉行。本次論壇其中一個重要主題是“氫燃料電池核心材料創(chuàng)新突破與應用趨勢”，分析氫燃料電池核心材料國產化現(xiàn)狀，并探討了未來發(fā)展趨勢。

                           

高工氫電董事長張小飛博士

 

燃料電池產業(yè)化是一個系統(tǒng)工程。在整個系統(tǒng)工程中，創(chuàng)新材料對加速燃料電池商業(yè)化至關重要。但目前國內外尚存在巨大差距。比如催化劑、質子交換膜、碳紙、膜電極等大都采用進口，且多數(shù)為國外壟斷，價格高；而國內產品尚未形成批量生產能力，或者產品質量不夠穩(wěn)定。

 

張小飛認為，圍繞核心技術進行攻關，并通過政/產/學/研/用相結合實現(xiàn)核心材料的工程驗證，對推動國內創(chuàng)新材料商業(yè)化至關重要。

                           

加拿大工程院院士/鴻基創(chuàng)能副董事長兼首席技術官葉思宇

 

葉思宇指出，膜電極是燃料電池的核心，同時膜電極在電堆成本中也占據著比較高的比例。但膜電極要實現(xiàn)產業(yè)化存在三大挑戰(zhàn)：核心材料篩選、制成工藝連續(xù)化及工程驗證。

 

葉思宇著重介紹了鴻基創(chuàng)能在核心材料篩選、制成工藝連續(xù)化和工程驗證這三方面的寶貴經驗。按照其研發(fā)思路，鴻基創(chuàng)能膜電極產品有較好的產品一致性：其中CCM良品率為99.9%，MEA良品率為98.4%，近期交付的1萬片膜電極經客戶裝堆驗證，不良率僅為千分之六。

 

該成績的取得，一是源于鴻基創(chuàng)能持續(xù)的研發(fā)投入，二是源于清晰的市場化導向，三是源于務實的產業(yè)化目標。

                         

清華大學車輛與運載學院教授裴普成

 

清華大學車輛與運載學院教授裴普成作了“燃料電池長壽命指標的測試與保障技術“的報告分享。裴普成表示，業(yè)界都希望燃料電池做到長壽命，但要達到長壽命除了必要的技術支撐，還需要有靠譜的測試方法來進行評價。

 

目前，業(yè)界主流有兩種不同的燃料電池壽命考核方式，其一是道路試驗，第二是強化試驗。在裴普成看來，這兩種考核方式都存在一定的缺陷，前者耗時過長，后者則給不出實際使用強度下的壽命指標。

 

基于這樣的考慮，裴普成提出了一套努力基于復雜的老化機理建立壽命計算公式，并確定用工況譜參數(shù)作為壽命變量。今年6月1日，裴普成提出的這套燃料電池壽命預測方法正式上升為國家標準。

 

“基于這套方法，壽命快速測試的成本和天數(shù)能控制在整車道路試驗的1%以內?！迸崞粘煽偨Y，壽命快速測評技術，解決了整車道路實驗不能及時得到結果的問題；去除短板技術，減少了水桶效應對電堆壽命的制約；故障規(guī)避技術，減少了水管理故障對電堆壽命的損害。

                    

                                                                                              國鴻氫能副總監(jiān)王鐸霖
 

國鴻氫能副總監(jiān)王鐸霖在“模壓柔性石墨雙極板及電堆產業(yè)化開發(fā)“的主題演講中表示，近年來我國燃料電池電堆技術發(fā)展迅速，電堆性能大幅提升，已接近國際水平，但電堆可靠性、壽命、成本與國外水平還存在較大產差距。他表示，隨著規(guī)模放大以及電堆國產化，電堆成本預計可降60%以上。

 

王鐸霖認為，柔性石墨雙極板采用廉價的柔性石墨板為原材料，通過模壓成型制備柔性石墨雙極板，保留了石墨雙極板的高電導性和高耐腐蝕，而又解決了硬石墨板加工周期長、脆性問題，實現(xiàn)了雙極板的批量化制備，降低了雙極板制備成本。

 

截至目前，國鴻氫能已經建成年產200萬片雙極板、2萬臺電堆的規(guī)模化生產線，形成氫能產業(yè)化開發(fā)平臺；柔性石墨電堆可靠性高、壽命長（超過2萬小時）、成本低，有效推動我國氫能產業(yè)的市場化發(fā)展速度。

                   

                                                                                              通用氫能總經理堯克光

通用氫能總經理堯克光分享了“國產氣體擴散層批量化制造的探索“。堯克光在演講中表示，作為電堆的四大關鍵材料之一，氣體擴散層主要依賴進口，國外公司占據了中國市場90%以上的份額。

 

堯克光認為，氣體擴散層的國產化是一個復雜的過程，從GDL的理論研究、原材料的刷選、漿料配制研究、制備工藝研究、生產設備的采購、設備調試、試產、設備工藝改善、工藝改善再到*后做出批次穩(wěn)定的GDL產品，需要對每一環(huán)節(jié)進行把關。

                    

                                                                                                  濟平新能源副總裁劉瑾慧

濟平新能源副總裁劉瑾慧在“高一致性催化劑批量生產的實踐與進展”主題演講中介紹了國產催化劑的產業(yè)化路徑。劉瑾慧表示，目前國內催化劑產業(yè)化面臨3大痛點：產業(yè)化經驗不足、對設備的忽視和對品質把控方面的不到位。

 

催化劑從毫克級的實驗室制作到公斤級的流水線生產是無比艱難的，國內燃料電池行業(yè)缺乏規(guī)模生產經驗是產業(yè)化*大的痛點?，F(xiàn)階段，濟平新能源已經建成了國內首條全自動催化劑生產線，年產能達到2噸。在劉瑾慧看來，燃料電池催化劑的未來的研發(fā)目標是需要進一步降成本，降低鉑載量，提升鉑的利用率和提升耐久性。

 

劉瑾慧透露了濟平新能源兩大計劃：其一，自動化產線實現(xiàn)計劃日產量5kg，價格低于國際同類產品15%-20%，今年預期國內市場份額占到90%以上；其二，公司將落戶廣東佛山南海區(qū)，成立廣東濟平新能源科技有限公司。

                    

上海治臻總經理藍樹槐博士

 

上海治臻總經理藍樹槐博士在“金屬雙極板大批量應用曙光”的主題演講中表示，燃料電池產業(yè)化發(fā)展呈現(xiàn)出3個趨勢：規(guī)?；?、平臺化和協(xié)同化。他認為，在國家以及地方各類政策的大力扶持下，燃料電池正進入高速發(fā)展期，各路資源紛紛加碼對燃料電池的投入，行業(yè)在2020-2025年間將迎來五年黃金發(fā)展期。

 

藍樹槐表示，在規(guī)?；l(fā)展方面，金屬雙極板作為燃料電池的核心零部件，需要有三大保障：規(guī)范的質量體系認證要求，需要高標準的一致性穩(wěn)定性要求，還需要嚴格的工程化測試驗證要求。

 

藍樹槐還對燃料電池產業(yè)化未來工作做了思考。在提升壽命方面，他建議采用新工程控制方法、新涂層材料、新型基材體系；降本方面，他建議優(yōu)化工藝，規(guī)模制造，并能進行技術革新。

                     

隆深機器人氫能裝備事業(yè)部總經理丁彥春

 

隆深機器人氫能裝備事業(yè)部總經理丁彥春在演講中指出，膜電極的制造設備需要根據不同客戶的需求進行匹配，噴涂工藝容易控制催化層厚度，且噴涂對漿料的調配要求簡單；熱轉印工藝需要在配置一臺涂布機的基礎上再配置一臺轉印設備，投入成本稍高。

 

狹縫直涂的催化層一次成型，工藝路線與產線一致，更具有工程化意義。

 

目前，隆深機器人現(xiàn)已為國內某客戶成功研制開發(fā)出國內先進膜電極全自動化生產線。該產線包含漿料制備、碳紙疏水預處理線、CCM雙面直接涂布線/GDL涂布輥壓線、CCM裁切/邊框膜裁切/GDL裁切設備、MEA五合一/七合一貼合設備、尺寸檢測/瑕疵檢測/氣密性檢測設備等。

 

除了為客戶推出適合大批量生產的整線設備，隆深機器人也開發(fā)了適合研發(fā)實驗類的單機設備，隆深機器人可以提供MEA實驗室設備包括小型平板涂布機、小型精密裁切機、小型五合一貼合機、小型七合一貼合等，以適應現(xiàn)階段科研院所和初創(chuàng)企業(yè)的研發(fā)和實驗需要。

                                

佛山環(huán)境與能源研究院副院長王子緣博士

 

佛山環(huán)境與能源研究院副院長王子緣博士在主題演講“關于我國氫能供應保障的幾點思考和建議”中表示，中國氫能產業(yè)發(fā)展正處于爆發(fā)增長的前夜！

 

王子緣表示，目前全球氫能發(fā)展已經躍入新階段，包括美國、日本、韓國、德國等國家已經加緊展開布局。在中國，隨著國家層面對氫能行業(yè)扶持力度逐步提升，接下來氫能領域瓶頸政策有望松綁，國家頂層設計即將出臺。

 

王子緣從宏觀上解答了“氫能的未來在哪里”這個問題。他表示，目前我國可持續(xù)發(fā)展面臨著能源與環(huán)境的雙重壓力。同時，我國東西部地區(qū)能源發(fā)展不平衡的現(xiàn)象比較嚴重，能源綠色、低碳轉型發(fā)展戰(zhàn)略是解決這一問題的關鍵，其中氫能將起到非常重要的作用。

                    
 

杜科新材料總經理鄭健保

 

杜科新材料總經理鄭健保發(fā)表了“燃料電池膠粘劑國產化蓄勢待發(fā)“的主題演講。鄭健保表示，從石墨雙極板兩種不同工藝路線來看，雕刻石墨板和柔性模壓石墨板所采用的膠水和粘接工藝有較大的差別。

根據不同的工藝路線和使用場景，杜科新材料開發(fā)了石墨雙極板微孔填充膠、石墨雙極板及復合雙極板水路粘接膠和雙極板氣路密封膠和MEA邊框粘接固定膠等4大不同品類的燃料電池專用膠粘劑。其中前三款產品已經被國內外眾多電堆及雙極板生產企業(yè)所采購使用。

 

鄭健保公布了杜科新材料的復合基料市場規(guī)劃，預計2020年10月公司可以對外銷售復合基料，并輸出模壓成型工藝。2021年第二季度可以對外銷售預成型超薄復合基料光板，并輸出模壓成型工藝，同時把復合極板的彎曲強度提高到≥50MPa,模壓成型時間降低到30秒。