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氫燃料電池汽車的“青春期”迷途

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年06月29日  

“先是輿論造勢,然后資本入場,大批初創企業冒出,在一陣狂歡過后,看不到實際利益的資本退潮,無力維持經營的初創企業舉步維艱,再經歷一波重新洗牌后,行業才逐漸進入正軌。”一位投資人看來,國內的新興產業發展規律往往如此。


在如火如荼的新興產業發展序列中,出現了燃料電池汽車這個新面孔。


很多人第一次聽說氫燃料電池汽車,還是在2018年5月,當時領導人考察豐田工廠時的舉動,被解讀為對氫燃料電池汽車行業釋放出利好信號,國內掀起一陣輿論狂潮。


幾乎在一夜之間,氫燃料電池成為各大搜索引擎的熱詞,迅速成為網紅。


實際上,氫燃料電池的發明時間甚至比內燃機還要早。早在1839年,英國人WilliamR.Grove就發明了氫燃料電池,取名為氣電池。但由于氫氣供應和電池組件的技術難題,產業化遲遲難以突破。盡管1967年GM研發成功了第一輛氫燃料電池汽車,但直到2013年,現代的第三代車型ix35FCEV才實現了氫燃料電池汽車的首次商業化量產。至此,距離氫燃料電池出現已經過去174年。


即便如此,在市場競爭力上,豐田、現代等技術領先的氫燃料電池汽車尚不足以與燃油汽車,動力電池汽車抗衡。


在政策引導和資本加持下,與海外先進廠商差距明顯的國內氫燃料電池汽車加速發展,如同進入“青春期”的孩子般,對于未來發展方向的迷茫隨之而來。


技術與應用發展孰先孰后


“太貴了,太貴了!”


在全國首個市場化建設運營的瑞暉加氫站調研活動中,當了解到加一公斤氫氣在沒有補貼的情況下需要60元時,全國氫能標準化委員會委員及副秘書長王業勤連聲說貴。


王業勤關心的價格問題出現在了2019年兩會期間的《政府工作報告》中。4月初,《國務院關于落實重點工作部門分工的意見》再次提及加氫基礎設施建設,明確加氫站建設、審批的主管部門,為打通加氫站建設審批流程奠定基礎。


佛山、中山、濟南、六安等多個城市氫燃料補貼政策相繼出臺,以補貼促進加氫站建設和運營。


按照工信部組織制定的《節能與新能源汽車技術路線圖》,到2020、2025、2030年將分別建成100、300、1000座加氫站。


據了解,由于加氫站建設成本過高,市場需求不足,截止2018年底國內加氫站數量僅26座,早在2007年、2010年建成的上海世博會加氫站和廣州亞運會加氫站甚至已經拆除。在目前的技術環境和市場條件下,突然開始在全國布局氫能網絡,是否舍本逐末?


新材料在線?調研發現,行業內對此呈兩種態度。


一方觀點認為在當前氫能技術和燃料電池技術都并不成熟的情況下,應當優先發展技術而非實際應用。


以制氫為例,清華大學陳全世教授就曾指出,燃料電池技術所需要的氫純度要求非常高,至少要達到99.99%,其中一氧化碳的濃度要保持10-6以下,否則會導致催化劑鉑金中毒。工業副產的氫氣提純難度大,而電解水制氫純度高,但成本是煤炭天然氣制氫的2-3倍。


除此之外,氫氣的儲備、運輸、加注都對技術和成本提出了很高的要求。


中國科學院院士歐陽明高在公開發言中表示,“現在的氫能技術,如制氫、儲氫、運氫等,很多都是多年前的工藝,這些工藝能效偏低、成本偏高,并不理想,需要技術上的更新。”


盡管技術方面存在諸多問題,但主流觀點仍然堅持應當加強在應用端的扶持力度,中國工程院院士干勇就是其中代表。


“氫能的應用牽扯到一系列的綜合技術,從材料,到運輸、加氫,再到最后運行,氫能產業較為復雜,純靠市場機制和某一個企業無法完成,要充分發揮體制優勢,有效地組織各方利益相關者、清晰的操作路徑非常重要。”


在一次論壇公開演講中,干勇特別強調氫燃料電池不能走鋰電池的老路,應當特別重視加氫站的作用。


廣東省燃料電池技術重點實驗室主任廖世軍對接受新材料在線?解釋:“國家對于氫燃料電池目前采取的是一種末端拉動戰略,構成需求后倒逼上游產業發展,通過氫燃料電池汽車來帶動電堆的發展,通過電堆來帶動材料的發展。”


基礎部件與核心技術的路線之爭


“好大喜功是我們這個行業最大的問題,將過多的精力聚焦在高難度技術上,而許多基礎部件的問題都沒有做好。”一位從事氫燃料電池研發二十余年的工程師對新材料在線?稱。


在技術層面,對于氫燃料電池的技術發展路線同樣存在激烈爭議。新材料在線?調研發現,多名從事研發工作的一線工程師對于氫燃料電池行業浮躁的氛圍表示不滿。


從氫燃料電池的結構來看,由質子交換膜、催化劑和氣體擴散層三者構成的膜電極組件是最核心的部件。由于其核心關鍵作用,許多初創企業將核心發展目標定位于上述材料的突破。


燃料電池產業鏈全景圖


然而在上述從業多年的工程師看來,除了核心部件,諸如電磁閥、傳感器等基礎部件,國內目前都沒有做好,這些部件對氫燃料電池的性能同樣重要。


相比執著于將基礎工作做扎實的一線工程師,行業專家則更傾向于集中精力突破關鍵技術。


“我們并不一定要氫燃料電池的完全國產化,許多輔助件都可以通過國際合作解決,但關鍵技術和關鍵材料一定要自己掌握。”廖世軍稱。


以質子交換膜為例,其性能對氫燃料電池的使用性能、壽命、成本等有決定性的影響,成本占到了整個燃料電池堆的12%。


目前主流的質子交換膜是全氟磺酸膜,其碳-氟鍵的鍵能高,使其力學性能和化學穩定性優異,而且其使用壽命也遠遠好于其他膜材料。然而制成全氟磺酸膜的主要原材料全氟磺酸樹脂長期以來被美國科慕(Chemours)和日本旭化成等壟斷,盡管國內如東岳集團已經實現氟磺酸樹脂的量產,但整體而言,國內的加工技術仍不成熟。


催化劑是燃料電池的另一大關鍵材料,其作用是促進氫、氧在電極上的氧化還原過程。目前市面上,好的催化劑是鉑和鉑基催化劑。由于鉑金的昂貴和稀有,降低鉑用量一直是催化劑研究的主要方向。


從目催化劑研究海內外對比來看,海外的鉑族金屬載量已經進展到0.06g/kW0.35mg/cm2;國內為0.3g/kW,0.16mg/cm2。活性衰減方面,海外已經實現3萬次循環后衰減在5%以內;國內3000次循環后衰減達到86%,技術差距仍然巨大。


氣體擴散層在膜電極組起到機械支撐、實現氣體擴散以及通導電流的作用,氣體擴散層通常由基底層和微孔層組成,基底層通常使用多孔的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維非紡材料及碳黑紙來制備。然而,目前碳紙產品主要被日本東麗、德國SGL(被三菱收購)等幾個國際大生產商所壟斷,國內的大規模量產水平仍未突破。


“現在中國的氫燃料電池行業問題就在于力量太過分散,幾個人就可以辦一家公司。氫燃料電池要高水平,要大幅降低成本,要有競爭力,這不是小事,所以應該集中力量”。干勇公開強調。


內冷外熱之憂


中國氫燃料電池車長期以來依靠高校等科研單位在推進,大企業作為主體一直處于缺失狀態,已經參與的企業也猶豫不決。這導致我國燃料電池汽車發展“起個大早、趕個晚集”。


據了解,早在1999年,清華大學就“做”出了第一輛燃料電池觀光車。北京富原、綠能等企業在90年代就已經展開對膜電極等關鍵部件的研發,苦于沒有下游市場,以失敗告終。


盡管在經歷2018年5月份的輿論高潮后,氫燃料電池汽車熱度迅速提升,但在業內人士看來,熱鬧的僅僅是表象。


新材料在線?調研發現,一家成立于2018年的氫燃料電池初創公司,對外公開的經營范圍包括“燃料電池發動機、燃料電池測試設備、儲能電池系統與自動化控制相關的系統集成產品的研發、銷售、運營。”但實際上,該公司目前并無實質性業務開展。


“這個行業目前的狀況就是內冷外熱,表面上轟轟烈烈,但實實在在做研發、做產業化的并不多。”上述工程師稱。


另一方面,對于氫燃料電池汽車行業的支持仍在不斷加強。


2019年全國兩會間,政府對新能源汽車發展規劃進行了調整,將對純電動汽車的補貼,轉向對充電樁、加氫站等建設進行補貼,將氫燃料電池車寫進了新的汽車產業規劃,尤其是燃料電池汽車的基礎設施加氫站的發展進行了頂層政策支持。


3月15日,十三屆二次會議審議后的《政府工作報告》補充了“推動充電、加氫等設施建設”等內容。


發改委在《國民經濟和社會發展計劃草案的報告》中也相應增加了“加強城市停車場和新能源汽車充電、加氫等設施建設”內容。


政策的扶持能否帶動帶動氫燃料電池汽車行業的產業化熱情?依靠補貼帶動的市場如何避免畸形發展?進入“青春期”的氫燃料電池汽車行業在疑惑中前行。


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