產(chǎn)品技術(shù)空心化 中國燃料電池正處于“冰火兩重天”的尷尬局面

將來應(yīng)用的燃料電池生產(chǎn)技術(shù)很可能不是現(xiàn)在使用的技術(shù)，這是國內(nèi)燃料電池的機(jī)遇，同時(shí)也是挑戰(zhàn)。

擁有足以媲美鋰電行業(yè)的高熱度，卻遭遇核心原材料及關(guān)鍵零部件極其匱乏的現(xiàn)實(shí)，中國燃料電池正處于“冰火兩重天”的尷尬局面。

2017年資本大量涌入燃料電池領(lǐng)域，國內(nèi)車企(以客車為主)紛紛宣布燃料電池客車示范性運(yùn)行的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。不僅如此，國家對(duì)燃料電池還保持了高昂補(bǔ)貼，并出臺(tái)了燃料電池發(fā)展規(guī)劃，其中2020年實(shí)現(xiàn)5000輛燃料電池汽車的示范性運(yùn)行，2025年?duì)幦?shí)現(xiàn)10萬輛。

但事實(shí)上，經(jīng)過調(diào)研顯示，真正拿得出手的產(chǎn)品，大概也就上汽和宇通分別在乘用車/客車領(lǐng)域取得的階段性成果。造成這一困局的原因，一方面可歸咎于國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)化起步較晚；另一方面則是國內(nèi)燃料電池核心原材料及關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)鏈的缺失。

產(chǎn)品技術(shù)空心化

事實(shí)上，國內(nèi)高水平燃料電池電堆主要還是引進(jìn)加拿大巴拉德的產(chǎn)品和技術(shù)，本土電堆企業(yè)實(shí)力普遍薄弱，目前只有上海神力(已被億華通收購)和大連新源動(dòng)力兩家公司具備完整的燃料電池電堆的設(shè)計(jì)和制造能力。

在核心原材料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面，國內(nèi)更是堪稱一片空白。全氟磺酸質(zhì)子交換膜(PEM)僅僅只有山東東岳集團(tuán)聯(lián)合上海交大完成了中試，但其樣品不論是在質(zhì)子電導(dǎo)率還是在成品一致性以及壽命等關(guān)鍵指標(biāo)上，跟美國杜邦的Nafion膜相比都有較大的差距。

此外，Pt/C電催化劑、炭紙、雙極板這些核心原材料以及低能耗緊湊型空壓機(jī)、高效增濕器等關(guān)鍵部件在國內(nèi)都極為匱乏。

值得一提的是，盡管國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)化呈現(xiàn)出“理想豐滿、現(xiàn)實(shí)骨感”的狀態(tài)，但并非完全沒有機(jī)會(huì)。

中國工程院衣寶廉院士表示，目前全球范圍內(nèi)都沒有建立一條真正具備大規(guī)模生產(chǎn)能力的燃料電池產(chǎn)線，包括2017年本田和通用宣布投資5000萬擬建的燃料電池產(chǎn)線，依然不具備規(guī)?；?yàn)楫?dāng)前的燃料電池生產(chǎn)工藝本身就不滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求，即便是豐田的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)效率也不過3臺(tái)/天。

看似困境實(shí)則機(jī)遇？

衣寶廉的言下之意，將來應(yīng)用的燃料電池生產(chǎn)技術(shù)很可能不是現(xiàn)在使用的技術(shù)，這是國內(nèi)燃料電池的機(jī)遇，同時(shí)也是挑戰(zhàn)。

以燃料電池的核心材料膜電極為例。為了使膜電極具備燃料電池汽車行駛條件，全球范圍內(nèi)的研究人員都做了長(zhǎng)足的探索。

其中美國3M公司花費(fèi)了17年對(duì)膜電極催化層進(jìn)行了改性研究，其核心思路是降低維度。即由三維體相材料轉(zhuǎn)變?yōu)榱憔S的納米顆粒，并通過通過調(diào)控其尺寸、形貌、組份以及徑向分布形成鉑基核殼結(jié)構(gòu)材料。

3M公司研制的PtPd/C核殼催化劑，在性能、壽命以及鉑用量上都達(dá)到了車用條件，但其有一個(gè)致命的缺陷，即親水。要知道鉑表面是非常親水的，生成一點(diǎn)水都會(huì)吸附在鉑表面，使氧氣在其中擴(kuò)散，造成巨大困擾，這一難題時(shí)至今日也沒有獲得突破。

與3M公司不同，豐田使用的是常規(guī)催化層，但通過3D流場(chǎng)技術(shù)，在性能上達(dá)到了相同的效果。通常的燃料電池流場(chǎng)是一個(gè)溝道，氣體沿著溝道流動(dòng)。在化工領(lǐng)域有一項(xiàng)技術(shù)，叫擋板技術(shù)，即在氣體流道前加一塊擋板，氣體就會(huì)形成一個(gè)漩渦。豐田正是把擋板技術(shù)應(yīng)用在了燃料電池上，所謂3D流場(chǎng)，就是氣體像電機(jī)里的傳遞不僅僅靠擴(kuò)散，還有對(duì)流的成分在里面，從而將膜電極做到3-4A。

而國內(nèi)燃料電池企業(yè)新源動(dòng)力在膜電極上也有自己的特色，比如應(yīng)用于雙極板的復(fù)合板專利。當(dāng)前國際上的雙極板主要分為金屬和石墨兩類，其中石墨板主要應(yīng)用于大巴和物流車，其比能量?jī)H為金屬板的三分之一，乘用車基本都使用金屬板，但金屬板的表面改性是一大難點(diǎn)。新源動(dòng)力的復(fù)合板專利采用金屬和碳復(fù)合，其中碳用來引導(dǎo)氣體流場(chǎng)，也能將膜電極做到3A。

從3M、豐田、新源動(dòng)力對(duì)燃料電池膜電極的探索中不難看出，當(dāng)前國際上燃料電池產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線還沒有一個(gè)確切答案，其中豐田的路線最具參考價(jià)值，畢竟量產(chǎn)版燃料電池汽車Mirai是擺在眼前的事實(shí)，但即便是Mirai也沒有形成大規(guī)模應(yīng)用，這意味著其燃料電池技術(shù)還有待進(jìn)一步改進(jìn)升級(jí)。

相對(duì)來說，國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)比較落后，卻也具備了自主創(chuàng)新的能力。換個(gè)角度看，站在巨人的肩膀上，雖談不上坐享其成，但至少可以少走彎路。