中國儲能網(wǎng)訊：當前國內(nèi)存在對氫能及燃料電池技術過度炒作的情形，高補貼引發(fā)不少企業(yè)蜂擁而至。
30輛搭載著國家電投氫能公司自主研發(fā)的“氫騰”燃料電池和系統(tǒng)的燃料電池大巴車，緩緩駛出鄭州宇通實驗中心園區(qū)，一路北上，奔赴北京冬奧會延慶賽區(qū)，完成了長達800公里的處女航。
在中國燃料電池史上，這是第一次從核心材料到零部件、電堆封裝、系統(tǒng)集成全部由一個公司完成量產(chǎn)的。這意味著，國內(nèi)燃料電池技術取得了一次重大的突破。
燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學裝置，又稱電化學發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術。目前，國內(nèi)的燃料電池主要就是指氫燃料電池，是一種將氫氣和氧氣結(jié)合產(chǎn)生電、熱和水的電化學裝置，能效轉(zhuǎn)換率在50%-70%，屬于是一種零排放電源。
截至目前，我國共有30余省市布局了包括燃料電池汽車在內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)，并強調(diào)加強前沿技術攻關。但現(xiàn)實情況是，與美國和日本等世界級燃料電池列強相比，國內(nèi)燃料電池技術水平還存在不小的差距。
“我國燃料電池雖起了個大早，但在關鍵核心材料、技術工藝和推廣應用方面，還有很大差距或進步空間?！眹译娡稓淠芄臼紫夹g官柴茂榮說。
“三年未變”的問題
2019年，時任廣東泰羅斯汽車動力系統(tǒng)有限公司總經(jīng)理張銳明在接受第一財經(jīng)記者采訪時這樣總結(jié)國內(nèi)的燃料電池汽車：性能差、效率低、壽命短。
這帶來的結(jié)果就是車輛故障頻發(fā)。一家燃料電池汽車設備供應商的經(jīng)理就曾向記者直言，由該公司提供設備的氫燃料電池汽車，平均每個月有七成的車輛因為在路上出現(xiàn)各種故障需要回廠返修。“故障幾率太高，是國內(nèi)氫燃料電池汽車的通病?！边@位經(jīng)理表示，目前國內(nèi)燃電池汽車整車廠缺乏核心技術，所生產(chǎn)的燃料電池汽車很多都是臨時性找供應商提供設備進行組裝的。
“這個問題至今還是沒有改變?！比旰?，現(xiàn)任廣東省武理工氫能產(chǎn)業(yè)技術研究院執(zhí)行院長、佛山仙湖實驗室燃料電池測試中心主任張銳明教授在日前再次接受第一財經(jīng)記者采訪時說，“國內(nèi)燃料電池汽車企業(yè)通過購買國外核心技術的材料與零部件裝上去后，絕大多數(shù)車輛的電堆平均使用壽命也只有3000個小時左右，遠低于美國能源部對燃料電池車使用壽命的起步門檻。”
相比之下，豐田Mirai的壽命則長得多。張銳明在美國買了兩輛豐田Mirai，運行幾年來至今尚未出現(xiàn)過故障。Mirai是日本豐田公司自主研發(fā)的氫燃料電池汽車。2014年，豐田生產(chǎn)的Mirai燃料電池汽車正式實現(xiàn)商業(yè)化，這也是燃料電池從軍工走向商業(yè)化的里程碑。
據(jù)張銳明介紹，在美國銷售的豐田Mirai的正常保修期為三年，里程為36000英里，相當于57600公里；而如果花費2000美元購買額外保修，可再保80000英里，相當于128000公里?！氨M管豐田沒有對外提供具體數(shù)據(jù)，但是通過這樣的商業(yè)行為，可以看到其可靠性和耐久性?！彼f。
張銳明的另一身份是美籍知名氫能與燃料電池專家，他自1993年起在海外不間斷從事燃料電池產(chǎn)業(yè)，本世紀初即在美國家參與開發(fā)全球首輛燃料電池車。2016年回國后，他主導了開發(fā)首批國內(nèi)燃料電池車。
而在2020年首次出版的《中國氫能產(chǎn)業(yè)政策研究》一書中，中國國際經(jīng)濟交流中心常務副理事長張曉強這樣寫道：“我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力仍不強，國產(chǎn)化率不高，關鍵核心技術和材料仍較多依賴進口?！?
一個現(xiàn)實的例子印證了這種說法。針對東風、福田、宇通等8家車企此前共生產(chǎn)的1272輛燃料電池商用車，清華大學氫燃料電池實驗室主任王誠曾向媒體指出：“這1272輛車的催化劑大部分都是進口的，膜電極（膜材料）幾乎是全部進口?！?
“過去這幾年來，我們在技術上解決了從無到有，但是還沒有從根本上解決從有到好?！睆堜J明說，“我們在獲得國外的材料和設備，以及對工藝有了一定的探索之后，可以說在組件的層級取得了一定的突破，但是在原材料方面的突破暫時還是沒有看到?！?
柴茂榮在自己的朋友圈里透露了一個細節(jié)，“這次回日本，和當年的老同事們碰頭，了解到豐田對我國的燃料電池技術水平，可謂一清二楚?！币簿褪钦f，為了解中國燃料電池汽車的技術水平，日本車企將中國的燃料電池汽車相關部件與系統(tǒng)帶回日本進行了測試?！埃ㄖ袊袠I(yè)內(nèi)做得）比較猛的幾家的催化劑、質(zhì)子膜、雙極板等，他們?nèi)胧趾蠖甲隽嗽u價，按FCCJ（日本燃料電池商業(yè)化促進委員會）標準評價，沒有一項能過合格線。”
多名受訪者向第一財經(jīng)記者表示，燃料電池汽車最根本的問題，還是技術問題。目前，整個產(chǎn)業(yè)的制高點都掌握在美國、加拿大和日本等少數(shù)國家的手中。以為電堆中的膜電極為例，相關統(tǒng)計資料顯示，截至2021年2月，累計裝車使用的電堆中超過70%的膜電極來自進口。
“知其然不知其所以然”
電堆是驅(qū)動燃料電池汽車運行的燃料電池動力系統(tǒng)的核心零部件，是發(fā)生電化學反應的場所。整個電堆的主要由雙極板、膜電極、催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴散層等部件構(gòu)成。
據(jù)《中國科技報》最近報道，某國外公司的不少電堆已經(jīng)進入中國市場，很多做成系統(tǒng)并已在幾大檢測機構(gòu)中測試。相比之下，同樣標稱130kw的電堆，體積不到國產(chǎn)電堆的一半，而按同樣單電池0.65V計的額定功率，國產(chǎn)電堆功率比進口電堆至少低20%以上?！皩嶋H上，我們國產(chǎn)的很多電堆和世界最先進的電堆技術相比，至少還差一代以上。”柴茂榮說。
如今身為國際知名燃料電池專家的柴茂榮，曾在上世紀八十年代到日本留學，并在日本相關企業(yè)從事貴金屬催化劑與燃料電池開發(fā)工作長達三十多年之久，后于2017年回國。他在自己的朋友圈上說：“國產(chǎn)電堆的壽命差距較大，在振動條件下的工況耐久，不到豐田Mirai2的四分之一?！?
國內(nèi)燃料電池技術的突破，在很大程度上還停留在實驗室里?！耙噪姸阎械拇呋瘎槔?，國內(nèi)有很多研究單位在實驗里做出來的成果，數(shù)據(jù)都不錯，但是用到燃料電池上做成膜電極，就不好了。”張銳明說，“我們做幾毫克可以，但是做幾十克幾百克，就不行了。這就是沒有解決做好材料的問題，結(jié)果就是知其然不知其所以然?！?
張銳明解釋說，這涉及到材料工程化制備和規(guī)?；a(chǎn)過程中所需要控制的參數(shù)等多種因素，而這些都需要長期的摸索才能摸索出來。他補充說：“我們可能在某項技術看上去很有前景，可以走出實驗室，但是要想實現(xiàn)工程化、產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，以及商業(yè)化之后要在世界上具有有競爭力，還需要一段漫長的路程要走?！?
張銳明所在的廣東省武理工氫能產(chǎn)業(yè)技術研究院就正在對從實驗室數(shù)據(jù)到膜電極性能所缺乏的中間過程的測試分析評估技術進行深入研究著手，期望盡快取得突破。
燃料電池涉及的技術與學科之多，令人眼花繚亂。其中，電堆、電堆中的催化劑、擴散層、質(zhì)子交換膜、膜電極、雙極板、以及上車之后的系統(tǒng)中的空氣壓縮機、氫循環(huán)泵被國家列為“八大關鍵零部件”，這在業(yè)內(nèi)被稱為“八項卡脖子技術”。
業(yè)內(nèi)人士認為，這“八項卡脖子技術”既限制了整個氫能行業(yè)的發(fā)展，同時也對上游電解水制氫的技術路線的整個裝備也構(gòu)成了制約。
核心零部件技術與材料沒有獲得突破，最后導致的結(jié)果便是進口設備極其昂貴。“就這么一片，就可以賣到一二百塊錢，一個電堆需要用到幾百片?！痹诜鹕较珊嶒炇也稍L時，張銳明指著一塊A4紙大小、薄如紙片的柔性石墨雙極板對第一財經(jīng)記者說，“而材料本身在它加工成品之前，價格只有幾塊錢。”
再以膜材料未來為例，根據(jù)市場現(xiàn)狀，1平方厘米的杜邦公司Nafion膜(全氟磺酸質(zhì)子交換膜)價格幾元甚至近十元，每一輛車需要平方米級別的膜材料。這意味著，僅膜材料這一個部件，一輛車就得攤上幾萬元甚至十幾萬元的成本。
作為燃料電池的“心臟”，燃料電池動力系統(tǒng)在整車的成本中，占比大約50％或更高。這直接推高了整輛氫燃料電池汽車的造價，在國內(nèi)，同樣一款公交車，使用氫燃料電池的價格是燃油車的三至五倍。
在柴茂榮看來，只有當系統(tǒng)價格低于2000元/kW以下，或者電堆價格低于1000元/kW以下時，才有商業(yè)化推廣的基礎。而目前，國內(nèi)電堆價格還在5000元/kW左右。
回到基礎
在多位內(nèi)業(yè)人士看來，當前國內(nèi)存在對氫能及燃料電池技術過度炒作的情形，高補貼引發(fā)不少企業(yè)蜂擁而至，而一些企業(yè)干的只是簡單的“采購”與“整裝”的工作，這無疑應該糾偏。
“我回來之后，就從燃料電池的材料做起?！被貒?，柴茂榮便全身心投入到燃料電池的研究與開發(fā)工作當中，他向第一財經(jīng)記者解釋，“為什么從材料做起呢，因為只要國外一卡你，你就買不到材料?！?
據(jù)他介紹，國家電投正立足于國內(nèi)實現(xiàn)材料級自主化的開發(fā)。催化劑、質(zhì)子膜、碳紙、膜電極、雙極板、電堆仿真設計、系統(tǒng)等全部核心材料和技術目前已全部實現(xiàn)了自主化，并建有自己的生產(chǎn)線。他認為，只有這樣，才能站在產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，把握整個產(chǎn)業(yè)的先進性，掌握產(chǎn)品的定價權。
經(jīng)過這幾年的摸索，國家電投在“八項卡脖子技術”技術有了新的突破。比如，催化劑方面，該公司掌握相關核心技術，取得專利并實現(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)品性能質(zhì)量全部高于世界領先水平。
同樣，在2016年從美國回到中國以后，張銳明也是從材料做起。“不這樣做，那就沒有意義了。沒有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和核心的技術，我們拿什么去跟外國人拼？”
“我們現(xiàn)在做的工作，就是在現(xiàn)有的條件下，做到比較理想的結(jié)果，而且要用真實的而不是虛擬的數(shù)據(jù)。”張銳明說，“我一直相信，只要扎扎實實去做，做好燃料電池八大零部件中涉及到電堆所需的材料、以及材料之間的匹配優(yōu)化，假以時日，中國氫燃料電池汽車行業(yè)就一定會起來的?！?
張銳明所在佛山仙湖實驗室與廣東省武理工氫能產(chǎn)業(yè)技術研究院，均成立于2019年，致力于以氫能、燃料電池等新能源、新材料國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導向，集聚、整合國內(nèi)外高端創(chuàng)新資源，打造新能源與新材料等領域國內(nèi)一流、國際領先的戰(zhàn)略科技創(chuàng)新平臺。在實驗室的業(yè)務范圍中，“加強基礎研究和應用基礎研究”位于第一條。
“（燃料電池）歸根結(jié)底就是先進性制造技術。要沉得下心來扎扎實實搞科研，搞產(chǎn)品的開發(fā)?！痹谧罱囊淮窝葜v中，柴茂榮對氫能及燃料電池技術發(fā)展提出了這樣的建議：對標國際最先進的日本燃料電池技術，而不是將國外技術引進來簡單搞幾輛增程式大巴車、各地一哄而上尋求國家補貼。
