目前，絕大部分燃料電池汽車采用質子交換膜技術，質子交換膜的質量直接影響著電池性能、壽命及整車成本。近期，我國首條全自主可控30萬平方米質子交換膜生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，實現(xiàn)了氫燃料電池核心部件國產(chǎn)化，意味著我國在質子交換膜高端產(chǎn)品領域有了自主生產(chǎn)能力，將由此推動我國燃料電池核心材料產(chǎn)業(yè)大步向前。
作為氫燃料電池核心部件，質子交換膜好比電腦的中央處理器，其質量直接影響著電池性能、壽命及成本。早期，我國所用的質子交換膜幾乎全靠進口，1平方米折合20多克，價格堪比同等重量的黃金。而今，僵局被打破。
近日，我國首條全自主可控30萬平方米質子交換膜生產(chǎn)線在武漢投產(chǎn)，這也是該領域目前技術最先進、一次性成膜最大的生產(chǎn)線。“項目打破了市場長期被國外廠家壟斷的局面，達產(chǎn)后可同時滿足2萬輛氫燃料電池汽車的用膜需求，也可用于固定式電站、備用電源、無人飛機等其應用場景。”國家電投氫能公司武漢綠動總經(jīng)理劉真介紹。
實現(xiàn)燃料電池關鍵材料和零部件國產(chǎn)化、批量生產(chǎn)，有助于大幅降低整車成本。記者了解到，以上述項目為代表，國產(chǎn)化力量正在加速突圍。
性能更優(yōu)的同時，價格較國外同類產(chǎn)品減半
目前，絕大部分燃料電池汽車采用質子交換膜技術，但要想兼顧高性能、長壽命與低成本卻非易事。自主生產(chǎn)、規(guī)模應用難在哪里？
劉真告訴記者，現(xiàn)有的質子交換膜多采用全氟化聚合物材料合成，其穩(wěn)定性好、壽命長，開發(fā)和生產(chǎn)難度卻很大，進而導致成本高、售價貴。“相比之下，國內相關研究起步較晚，技術積累薄弱，產(chǎn)業(yè)鏈配套一度不健全、不成熟，特別是高品質的關鍵原料和工藝設備配套能力弱。若是批量生產(chǎn)，對工藝技術和裝備的專業(yè)化要求更高，加上前期投入大、回報周期長，很多企業(yè)往往動力不足，性能穩(wěn)定的規(guī)模化生產(chǎn)難上加難。”
據(jù)了解，首條生產(chǎn)線實現(xiàn)多項突破。劉真舉例，通過采用先進高精度涂布技術和熱處理技術，可實現(xiàn)對質子交換膜涂布厚度的精細控制。先進的在線檢測及工藝過程檢測儀器，對質子交換膜的厚度、缺陷及瑕疵在線監(jiān)測并實時反饋調整，可以有效提高批量化生產(chǎn)的一致性，進而大幅提升良品率、降低產(chǎn)品成本。
“除了更高的均勻性，產(chǎn)品在幅寬尺寸有了更多選擇，可以生產(chǎn)厚度從8微米到20微米的質子交換膜。這是我們自己的產(chǎn)品，在質子電導率、氣體滲透率、機械強度等方面均相當或優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，價格卻只有一半左右。”劉真稱。
中國科學院院士、武漢理工大學校長張清杰直言，質子交換膜成本對氫燃料電池發(fā)展有著重要影響，這一生產(chǎn)線的投產(chǎn)，意味著我國在質子交換膜高端產(chǎn)品領域有了自主生產(chǎn)能力，將由此推動我國燃料電池核心材料產(chǎn)業(yè)向前大步邁進。
產(chǎn)業(yè)鏈不能多而不強，自主化不是重復建設低質產(chǎn)能
在此基礎上，行業(yè)需要更多突破。“實現(xiàn)燃料電池關鍵材料和部件的國產(chǎn)化批量生產(chǎn)，就能大幅降低燃料電池發(fā)動機成本，進而降低整車價格。”早前在接受記者采訪時，中國工程院院士衣寶廉就表示，我國在整車、系統(tǒng)等方面早有布局，但零部件企業(yè)相對較少，尤其是核心部件、材料及其配套工藝相對滯后。“諸如空壓機、氫氣循環(huán)泵等設備，國內雖有企業(yè)介入，但大部分關鍵零部件仍依賴進口，無形中增加成本。”
多位人士證實，目前，電解水、氫氣純化等制氫環(huán)節(jié)基本不存在“卡脖子”問題，但產(chǎn)業(yè)鏈中下游國產(chǎn)化率仍待提高。“準確來說，很多設備不是完全做不出來，而是批量生產(chǎn)的可靠性、穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。比如，精密調節(jié)、快速響應、穩(wěn)定輸出以及故障率等方面，目前還有較大改善空間。自主化不是低質量產(chǎn)能的重復建設，而要朝著高質量方向發(fā)展。”浙江鋒源氫能科技有限公司董事長王海峰表示。
國家電投科技與創(chuàng)新部相關人士也稱，近年來，國產(chǎn)化進程加速，但氫燃料電池關鍵材料及部件“卡脖子”問題尚未完全解決，比如碳紙等關鍵材料仍未實現(xiàn)國產(chǎn)化，電堆和系統(tǒng)的可靠性、耐久性未得到充分驗證。“氫燃料電池技術標準、檢測體系也不夠完善。產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨于同質化，集中表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)多而不強。”
全國燃料電池及液流電池標委會副秘書長盧琛鈺稱，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期，核心設備與關鍵材料的研發(fā)投入相對欠缺。要么真正有實力、有創(chuàng)新能力的企業(yè)，缺乏更大更好的平臺及資金支持；要么資金雄厚的大企業(yè)，往往更重視應用端投入，對材料和部件的重視程度不夠、投資力度不足。
部分技術實現(xiàn)領先，全面實現(xiàn)國產(chǎn)化批量生產(chǎn)可期
上述人士透露，包括武漢在內，國家電投還將在華北、華東、東北等區(qū)域建設產(chǎn)業(yè)基地，計劃形成年產(chǎn)萬套燃料電池電堆及催化劑、膜電極、雙極板等關鍵材料部件的自動化產(chǎn)線。除了質子交換膜，該公司還將推進催化劑、膜電極、雙極板等關鍵材料和部件的研發(fā)，在功率等級、功率密度、環(huán)境適應性、耐久性等方面達到國際先進水平。
“事實上，部分國產(chǎn)化技術水平已經(jīng)達到、甚至超過國外商業(yè)化產(chǎn)品，下一步是形成大批量自主生產(chǎn)技術。因此，亟待加強上述關鍵材料核心部件的技術轉化，加快形成具有完全自主知識產(chǎn)權的批量制備技術、建立產(chǎn)品生產(chǎn)線，全面實現(xiàn)關鍵材料核心部件的國產(chǎn)化批量生產(chǎn)。”衣寶廉表示。
這一觀點得到盧琛鈺的贊同。“不可否認，我們的國產(chǎn)化進程顯著，部分質子交換膜、催化劑實現(xiàn)了小批量應用。但從整體看，國外產(chǎn)品仍占據(jù)較大市場。提升電堆和系統(tǒng)設計能力，對相關核心材料、部件的要求更加細化；生產(chǎn)及測試裝備的能力、精度進一步提升；充分考慮如何將實踐所獲得的數(shù)據(jù)反饋到研發(fā)和工程化過程中，并且逐步優(yōu)化——這些都是亟待補齊的短板。”
上述人士提出，在推動技術轉化應用的同時，可構建協(xié)同創(chuàng)新機制和合作交流平臺，加強科研機構、院校、企業(yè)等多方合作，鼓勵企業(yè)對突破性研究成果開展“先行先試”。同時構建政策保障體系，制定氫燃料電池技術及裝備中長期發(fā)展規(guī)劃，做好系統(tǒng)的頂層設計。
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