最近，我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐有加快的趨勢(shì)，在一片繁榮景象中，有人擔(dān)憂我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)不掌握核心技術(shù)，造成一種“虛胖”的假象。其實(shí)有這種擔(dān)憂合情合理，因?yàn)樵趲啄昵埃覈?guó)示范推廣的燃料電池車輛使用的電堆全部依賴進(jìn)口。總體上，我國(guó)燃料電池技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平有較大差距。

如今，這種差距正在縮小。2月23日，蘇州擎動(dòng)科技有限公司自主研發(fā)的國(guó)內(nèi)首套“卷對(duì)卷直接涂布法”膜電極生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。蘇州擎動(dòng)科技有限公司總經(jīng)理朱威告訴《中國(guó)汽車報(bào)》記者，這標(biāo)志著中國(guó)燃料電池上游核心制造技術(shù)突破了國(guó)外的壁壘。蘇州擎動(dòng)生產(chǎn)的MEA成本比進(jìn)口降低一半，燃料電池汽車徹底國(guó)產(chǎn)化不再是“癡人說夢(mèng)”。

?核心技術(shù)有差距

電堆是燃料電池核心部件之一，膜電極組件（MEA）又是電堆中的核心部件之一。MEA把質(zhì)子交換膜(PEMs)、催化劑和電極組合在一起，讓氫氣與氧氣在此進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)車輛前行。MEA的性能很大程度上決定著電堆水平的高低。

我國(guó)確立新能源汽車發(fā)展方向后，有些企業(yè)選擇了燃料電池道路，從核心部件電堆入手。但是，由于國(guó)內(nèi)MEA組件與國(guó)外有較大差距，企業(yè)即便小規(guī)模試生產(chǎn)電堆，也需要從國(guó)外進(jìn)口MEA組件。這種差距嚴(yán)重制約著我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

MEA作為核心零部件之一，從技術(shù)的角度來看，主要有4個(gè)難點(diǎn)：在低鉑載量、大電流操作條件下陰極氧傳輸極化；膜電極性能高度一致；優(yōu)化水管理，實(shí)現(xiàn)膜電極內(nèi)部水循環(huán)，適應(yīng)無增濕條件運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)抗反極、冷啟動(dòng)等特性。

在4個(gè)難點(diǎn)上，國(guó)內(nèi)的MEA與國(guó)際先進(jìn)水平仍有一定差距。從催化劑體系來看，國(guó)內(nèi)普遍采用純鉑，國(guó)外已研發(fā)出鉑合金。豐田Mirai的鉑用量大幅度降低，秘密就在這里。在催化劑載體體系方面，國(guó)內(nèi)大多數(shù)采用傳統(tǒng)碳黑和碳納米管，國(guó)外已使用改性碳黑、實(shí)心碳球和高分子材料。從制備工藝的角度看，國(guó)內(nèi)普遍沒有達(dá)到量產(chǎn)水平，國(guó)外已實(shí)現(xiàn)公斤級(jí)量產(chǎn)。從質(zhì)子交換膜的厚度來看，國(guó)內(nèi)普遍為15μm，國(guó)外已小于10μm。

從生產(chǎn)制造的角度看，第一代制造技術(shù)是GDE，即催化劑涂布在GDL上，然后與質(zhì)子膜熱壓成型。第二代制造技術(shù)是CCM，但是這里存在兩種方法，一種是90年代初LosAlamos實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的“轉(zhuǎn)印（decal）”方法，另一種是將催化劑涂布到質(zhì)子交換膜上，卷對(duì)卷方式。朱威說：“蘇州擎動(dòng)采用的就是卷對(duì)卷方式。卷對(duì)卷方式在產(chǎn)品性能、壽命以及生產(chǎn)效率、成本上都優(yōu)于轉(zhuǎn)印法，但是設(shè)備的投入成本較高。”目前，國(guó)際上已有第三代制造技術(shù)有序化膜電極，3M公司開發(fā)的NSTF電極。

催化劑在燃料電池中扮演著非常重要的“中間人”角色，在一定程度上決定了電堆的性能。體質(zhì)強(qiáng)弱差別較大的“中間人”的壽命和能力也相差較大。

蘇州擎動(dòng)研發(fā)生產(chǎn)的膜電極可滿足客車10000小時(shí)的運(yùn)行壽命要求。為此，朱威向《中國(guó)汽車報(bào)》記者展示了與國(guó)際上同類某知名品牌（簡(jiǎn)稱Z品牌）催化劑的對(duì)比結(jié)果。

對(duì)比分為三個(gè)方面。在額定輸出功率方面，0.67V時(shí)輸出功率對(duì)比，蘇州擎動(dòng)為0.8W，Z品牌為0.83W。在催化劑耐久性循環(huán)測(cè)試方面，1A/cm2時(shí)輸出損失對(duì)比，蘇州擎動(dòng)為14mV，Z品牌為18mV；電化學(xué)比表面積損失對(duì)比，蘇州擎動(dòng)為30%，Z品牌為48%。在催化劑載體耐久性循環(huán)測(cè)試方面，1A/cm2時(shí)輸出損失對(duì)比，蘇州擎動(dòng)為14mV，Z品牌為343mV；電化學(xué)比表面積損失對(duì)比，蘇州擎動(dòng)為11%，Z品牌為67%。從催化劑的對(duì)比來說，蘇州擎動(dòng)的產(chǎn)品大多數(shù)性能指標(biāo)不遜于國(guó)外同類競(jìng)品。

朱威還向《中國(guó)汽車報(bào)》記者展示了MEA的對(duì)比結(jié)果。在性能方面，蘇州擎動(dòng)為1.0-1.2W/cm2，Z品牌為0.8-1.0W/cm2；在適合方面，蘇州擎動(dòng)MEA大于5000小時(shí)，Z品牌為3000-5000小時(shí)；在一致性方面，蘇州擎動(dòng)為+-5mV，Z品牌為+-10mV；在成本方面，蘇州擎動(dòng)為1.0-1.3元/cm2，Z品牌為1.5-1.8元/cm2。

“蘇州擎動(dòng)的催化劑不是純鉑產(chǎn)品，我們已研發(fā)出鉑碳和鉑鈷合金催化劑，并且能夠滿足燃料電池汽車商業(yè)化的技術(shù)要求。”朱威說。

據(jù)了解，在客車上，鉑碳催化劑MEA的功率為2kW/L，使用壽命大于10000小時(shí)，用量為0.55g/kW。鉑鈷合金催化劑的功率大于3kW/L，使用壽命大于20000小時(shí)，用量為0.3g/kW。在乘用車上，鉑碳催化劑MEA的功率大于3kW/L，使用壽命大于5000小時(shí)，用量為0.38g/kW。鉑鈷合金催化劑的功率大于4kW/L，使用壽命大于8000小時(shí)，用量為0.2g/kW。

朱威說：“蘇州擎動(dòng)研發(fā)的高性能鉑合金催化劑，質(zhì)量比活性可達(dá)傳統(tǒng)Pt/C的4倍以上，20000個(gè)循環(huán)后活性僅下降40%，具有較優(yōu)異的耐久性能，冷啟動(dòng)溫度可達(dá)-30℃。卷對(duì)卷直接涂布法膜電極生產(chǎn)線投產(chǎn)后，具備了批量生產(chǎn)能力。”

?各方共促燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展

近年我國(guó)燃料電池汽車銷量增長(zhǎng)較快，2016年僅為629輛，2018年已增長(zhǎng)到1527輛，2019年1月份增長(zhǎng)勢(shì)頭更猛，實(shí)現(xiàn)銷售400輛。北京億華通科技股份有限公司市場(chǎng)總監(jiān)鄭元春說：“近年來，我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展是各方共同努力的結(jié)果。我國(guó)制定的氫能及燃料電池技術(shù)發(fā)展路線圖指明了產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，多個(gè)地方政府出臺(tái)鼓勵(lì)政策調(diào)動(dòng)了大家的積極性，燃料電池企業(yè)不斷努力縮小了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。多種因素匯聚在一起展現(xiàn)出燃料電池商業(yè)化的美好前景。”

近年來，我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)涌現(xiàn)出一批致力于技術(shù)提升的企業(yè)，億華通收購(gòu)神力后，不斷研發(fā)新產(chǎn)品。鄭元春說：“億華通自主研發(fā)的電堆已能滿足2022年冬奧會(huì)的使用要求。”

近日，國(guó)家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司也傳出喜訊。新研制的燃料電池實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈的完全自主化，具有技術(shù)水平先進(jìn)、成本低等優(yōu)勢(shì)，有助于燃料電池在我國(guó)大規(guī)模應(yīng)用。據(jù)了解，該燃料電池屬于第三代電堆，對(duì)標(biāo)目前世界最先進(jìn)水平。功率密度大于3.0千瓦/升，耐久性能預(yù)計(jì)大于10000小時(shí)，鉑用量小于30克/120千瓦。

我國(guó)制定的路線圖分別設(shè)定了各個(gè)階段達(dá)成的目標(biāo)，2020年電堆的效率最高達(dá)到60%，冷啟動(dòng)溫度達(dá)到-30℃，材料成本為1000元/kW，乘用車的額定功率為70kW，壽命5000小時(shí)，體積功率比為3.0kW/L，質(zhì)量比功率為2.0kW/kg。商用車額定功率為70kW，壽命10000小時(shí)，體積功率比為2.0kW/L。總體來看，我國(guó)路線圖設(shè)定的目標(biāo)大多數(shù)提前達(dá)到。

地方政府出臺(tái)的鼓勵(lì)政策對(duì)我國(guó)燃料電池發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，廣東、上海、武漢、佛山、蘇州等10個(gè)省市出臺(tái)了燃料電池相關(guān)政策，對(duì)燃料電池車輛給予補(bǔ)貼，并且支持加氫站的建設(shè)。除此之外，全國(guó)還有不少地方將出臺(tái)燃料電池領(lǐng)域的鼓勵(lì)政策。

在各地方政府的支持下，廣東佛山首先開通燃料電池公交車的示范運(yùn)行。四川則是繼廣東之后全國(guó)第2個(gè)開展氫燃料電池客車商業(yè)示范運(yùn)行的省份，10輛氫燃料電池公交車已投入成都市郫都區(qū)P09公交線載客運(yùn)行，鄭州市也開通了727路燃料電池公交線路。

燃料電池汽車作為未來的發(fā)展方向，最早興起于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)最初與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大，在各方的共同努力下，近年來差距正在縮小。只要大家沿著正確的方向不斷努力，在不久的將來，我國(guó)有希望與幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家站在同一起跑線上。