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長(zhǎng)期以來(lái)，氫燃料電池核心材料技術(shù)主要掌握在國(guó)外企業(yè)手中。如何突破核心材料技術(shù)瓶頸、掌握核心制造工藝、解決關(guān)鍵材料卡脖子環(huán)節(jié)，成為了我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)必須攻克的難題。
2020先進(jìn)材料集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇現(xiàn)場(chǎng)
8月26-27日，2020先進(jìn)材料集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在深圳機(jī)場(chǎng)凱悅酒店成功舉行。本次論壇其中一個(gè)重要主題是“氫燃料電池核心材料創(chuàng)新突破與應(yīng)用趨勢(shì)”，分析氫燃料電池核心材料國(guó)產(chǎn)化現(xiàn)狀，并探討了未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
高工氫電董事長(zhǎng)張小飛博士
燃料電池產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)系統(tǒng)工程。在整個(gè)系統(tǒng)工程中，創(chuàng)新材料對(duì)加速燃料電池商業(yè)化至關(guān)重要。但目前國(guó)內(nèi)外尚存在巨大差距。比如催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙、膜電極等大都采用進(jìn)口，且多數(shù)為國(guó)外壟斷，價(jià)格高；而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品尚未形成批量生產(chǎn)能力，或者產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。
張小飛認(rèn)為，圍繞核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，并通過(guò)政/產(chǎn)/學(xué)/研/用相結(jié)合實(shí)現(xiàn)核心材料的工程驗(yàn)證，對(duì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)創(chuàng)新材料商業(yè)化至關(guān)重要。
加拿大工程院院士/鴻基創(chuàng)能副董事長(zhǎng)兼首席技術(shù)官葉思宇
葉思宇指出，膜電極是燃料電池的核心，同時(shí)膜電極在電堆成本中也占據(jù)著比較高的比例。但膜電極要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化存在三大挑戰(zhàn)：核心材料篩選、制成工藝連續(xù)化及工程驗(yàn)證。
葉思宇著重介紹了鴻基創(chuàng)能在核心材料篩選、制成工藝連續(xù)化和工程驗(yàn)證這三方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)。按照其研發(fā)思路，鴻基創(chuàng)能膜電極產(chǎn)品有較好的產(chǎn)品一致性：其中CCM良品率為99.9%，MEA良品率為98.4%，近期交付的1萬(wàn)片膜電極經(jīng)客戶(hù)裝堆驗(yàn)證，不良率僅為千分之六。
該成績(jī)的取得，一是源于鴻基創(chuàng)能持續(xù)的研發(fā)投入，二是源于清晰的市場(chǎng)化導(dǎo)向，三是源于務(wù)實(shí)的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。
清華大學(xué)車(chē)輛與運(yùn)載學(xué)院教授裴普成
清華大學(xué)車(chē)輛與運(yùn)載學(xué)院教授裴普成作了“燃料電池長(zhǎng)壽命指標(biāo)的測(cè)試與保障技術(shù)“的報(bào)告分享。裴普成表示，業(yè)界都希望燃料電池做到長(zhǎng)壽命，但要達(dá)到長(zhǎng)壽命除了必要的技術(shù)支撐，還需要有靠譜的測(cè)試方法來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
目前，業(yè)界主流有兩種不同的燃料電池壽命考核方式，其一是道路試驗(yàn)，第二是強(qiáng)化試驗(yàn)。在裴普成看來(lái)，這兩種考核方式都存在一定的缺陷，前者耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，后者則給不出實(shí)際使用強(qiáng)度下的壽命指標(biāo)。
基于這樣的考慮，裴普成提出了一套努力基于復(fù)雜的老化機(jī)理建立壽命計(jì)算公式，并確定用工況譜參數(shù)作為壽命變量。今年6月1日，裴普成提出的這套燃料電池壽命預(yù)測(cè)方法正式上升為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
“基于這套方法，壽命快速測(cè)試的成本和天數(shù)能控制在整車(chē)道路試驗(yàn)的1%以?xún)?nèi)?！迸崞粘煽偨Y(jié)，壽命快速測(cè)評(píng)技術(shù)，解決了整車(chē)道路實(shí)驗(yàn)不能及時(shí)得到結(jié)果的問(wèn)題；去除短板技術(shù)，減少了水桶效應(yīng)對(duì)電堆壽命的制約；故障規(guī)避技術(shù)，減少了水管理故障對(duì)電堆壽命的損害。
國(guó)鴻氫能副總監(jiān)王鐸霖
國(guó)鴻氫能副總監(jiān)王鐸霖在“模壓柔性石墨雙極板及電堆產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)“的主題演講中表示，近年來(lái)我國(guó)燃料電池電堆技術(shù)發(fā)展迅速，電堆性能大幅提升，已接近國(guó)際水平，但電堆可靠性、壽命、成本與國(guó)外水平還存在較大產(chǎn)差距。他表示，隨著規(guī)模放大以及電堆國(guó)產(chǎn)化，電堆成本預(yù)計(jì)可降60%以上。
王鐸霖認(rèn)為，柔性石墨雙極板采用廉價(jià)的柔性石墨板為原材料，通過(guò)模壓成型制備柔性石墨雙極板，保留了石墨雙極板的高電導(dǎo)性和高耐腐蝕，而又解決了硬石墨板加工周期長(zhǎng)、脆性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了雙極板的批量化制備，降低了雙極板制備成本。
截至目前，國(guó)鴻氫能已經(jīng)建成年產(chǎn)200萬(wàn)片雙極板、2萬(wàn)臺(tái)電堆的規(guī)?；a(chǎn)線，形成氫能產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)平臺(tái)；柔性石墨電堆可靠性高、壽命長(zhǎng)（超過(guò)2萬(wàn)小時(shí)）、成本低，有效推動(dòng)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)化發(fā)展速度。
通用氫能總經(jīng)理堯克光
通用氫能總經(jīng)理堯克光分享了“國(guó)產(chǎn)氣體擴(kuò)散層批量化制造的探索“。堯克光在演講中表示，作為電堆的四大關(guān)鍵材料之一，氣體擴(kuò)散層主要依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)外公司占據(jù)了中國(guó)市場(chǎng)90%以上的份額。
堯克光認(rèn)為，氣體擴(kuò)散層的國(guó)產(chǎn)化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，從GDL的理論研究、原材料的刷選、漿料配制研究、制備工藝研究、生產(chǎn)設(shè)備的采購(gòu)、設(shè)備調(diào)試、試產(chǎn)、設(shè)備工藝改善、工藝改善再到*后做出批次穩(wěn)定的GDL產(chǎn)品，需要對(duì)每一環(huán)節(jié)進(jìn)行把關(guān)。
濟(jì)平新能源副總裁劉瑾慧
濟(jì)平新能源副總裁劉瑾慧在“高一致性催化劑批量生產(chǎn)的實(shí)踐與進(jìn)展”主題演講中介紹了國(guó)產(chǎn)催化劑的產(chǎn)業(yè)化路徑。劉瑾慧表示，目前國(guó)內(nèi)催化劑產(chǎn)業(yè)化面臨3大痛點(diǎn)：產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)不足、對(duì)設(shè)備的忽視和對(duì)品質(zhì)把控方面的不到位。
催化劑從毫克級(jí)的實(shí)驗(yàn)室制作到公斤級(jí)的流水線生產(chǎn)是無(wú)比艱難的，國(guó)內(nèi)燃料電池行業(yè)缺乏規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)是產(chǎn)業(yè)化*大的痛點(diǎn)?，F(xiàn)階段，濟(jì)平新能源已經(jīng)建成了國(guó)內(nèi)首條全自動(dòng)催化劑生產(chǎn)線，年產(chǎn)能達(dá)到2噸。在劉瑾慧看來(lái)，燃料電池催化劑的未來(lái)的研發(fā)目標(biāo)是需要進(jìn)一步降成本，降低鉑載量，提升鉑的利用率和提升耐久性。
劉瑾慧透露了濟(jì)平新能源兩大計(jì)劃：其一，自動(dòng)化產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)計(jì)劃日產(chǎn)量5kg，價(jià)格低于國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品15%-20%，今年預(yù)期國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額占到90%以上；其二，公司將落戶(hù)廣東佛山南海區(qū)，成立廣東濟(jì)平新能源科技有限公司。
上海治臻總經(jīng)理藍(lán)樹(shù)槐博士
上海治臻總經(jīng)理藍(lán)樹(shù)槐博士在“金屬雙極板大批量應(yīng)用曙光”的主題演講中表示，燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展呈現(xiàn)出3個(gè)趨勢(shì)：規(guī)模化、平臺(tái)化和協(xié)同化。他認(rèn)為，在國(guó)家以及地方各類(lèi)政策的大力扶持下，燃料電池正進(jìn)入高速發(fā)展期，各路資源紛紛加碼對(duì)燃料電池的投入，行業(yè)在2020-2025年間將迎來(lái)五年黃金發(fā)展期。
藍(lán)樹(shù)槐表示，在規(guī)模化發(fā)展方面，金屬雙極板作為燃料電池的核心零部件，需要有三大保障：規(guī)范的質(zhì)量體系認(rèn)證要求，需要高標(biāo)準(zhǔn)的一致性穩(wěn)定性要求，還需要嚴(yán)格的工程化測(cè)試驗(yàn)證要求。
藍(lán)樹(shù)槐還對(duì)燃料電池產(chǎn)業(yè)化未來(lái)工作做了思考。在提升壽命方面，他建議采用新工程控制方法、新涂層材料、新型基材體系；降本方面，他建議優(yōu)化工藝，規(guī)模制造，并能進(jìn)行技術(shù)革新。
隆深機(jī)器人氫能裝備事業(yè)部總經(jīng)理丁彥春
隆深機(jī)器人氫能裝備事業(yè)部總經(jīng)理丁彥春在演講中指出，膜電極的制造設(shè)備需要根據(jù)不同客戶(hù)的需求進(jìn)行匹配，噴涂工藝容易控制催化層厚度，且噴涂對(duì)漿料的調(diào)配要求簡(jiǎn)單；熱轉(zhuǎn)印工藝需要在配置一臺(tái)涂布機(jī)的基礎(chǔ)上再配置一臺(tái)轉(zhuǎn)印設(shè)備，投入成本稍高。
狹縫直涂的催化層一次成型，工藝路線與產(chǎn)線一致，更具有工程化意義。
目前，隆深機(jī)器人現(xiàn)已為國(guó)內(nèi)某客戶(hù)成功研制開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)先進(jìn)膜電極全自動(dòng)化生產(chǎn)線。該產(chǎn)線包含漿料制備、碳紙疏水預(yù)處理線、CCM雙面直接涂布線/GDL涂布輥壓線、CCM裁切/邊框膜裁切/GDL裁切設(shè)備、MEA五合一/七合一貼合設(shè)備、尺寸檢測(cè)/瑕疵檢測(cè)/氣密性檢測(cè)設(shè)備等。
除了為客戶(hù)推出適合大批量生產(chǎn)的整線設(shè)備，隆深機(jī)器人也開(kāi)發(fā)了適合研發(fā)實(shí)驗(yàn)類(lèi)的單機(jī)設(shè)備，隆深機(jī)器人可以提供MEA實(shí)驗(yàn)室設(shè)備包括小型平板涂布機(jī)、小型精密裁切機(jī)、小型五合一貼合機(jī)、小型七合一貼合等，以適應(yīng)現(xiàn)階段科研院所和初創(chuàng)企業(yè)的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)需要。
佛山環(huán)境與能源研究院副院長(zhǎng)王子緣博士
佛山環(huán)境與能源研究院副院長(zhǎng)王子緣博士在主題演講“關(guān)于我國(guó)氫能供應(yīng)保障的幾點(diǎn)思考和建議”中表示，中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處于爆發(fā)增長(zhǎng)的前夜！
王子緣表示，目前全球氫能發(fā)展已經(jīng)躍入新階段，包括美國(guó)、日本、韓國(guó)、德國(guó)等國(guó)家已經(jīng)加緊展開(kāi)布局。在中國(guó)，隨著國(guó)家層面對(duì)氫能行業(yè)扶持力度逐步提升，接下來(lái)氫能領(lǐng)域瓶頸政策有望松綁，國(guó)家頂層設(shè)計(jì)即將出臺(tái)。
王子緣從宏觀上解答了“氫能的未來(lái)在哪里”這個(gè)問(wèn)題。他表示，目前我國(guó)可持續(xù)發(fā)展面臨著能源與環(huán)境的雙重壓力。同時(shí)，我國(guó)東西部地區(qū)能源發(fā)展不平衡的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，能源綠色、低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵，其中氫能將起到非常重要的作用。
杜科新材料總經(jīng)理鄭健保
杜科新材料總經(jīng)理鄭健保發(fā)表了“燃料電池膠粘劑國(guó)產(chǎn)化蓄勢(shì)待發(fā)“的主題演講。鄭健保表示，從石墨雙極板兩種不同工藝路線來(lái)看，雕刻石墨板和柔性模壓石墨板所采用的膠水和粘接工藝有較大的差別。
根據(jù)不同的工藝路線和使用場(chǎng)景，杜科新材料開(kāi)發(fā)了石墨雙極板微孔填充膠、石墨雙極板及復(fù)合雙極板水路粘接膠和雙極板氣路密封膠和MEA邊框粘接固定膠等4大不同品類(lèi)的燃料電池專(zhuān)用膠粘劑。其中前三款產(chǎn)品已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外眾多電堆及雙極板生產(chǎn)企業(yè)所采購(gòu)使用。
鄭健保公布了杜科新材料的復(fù)合基料市場(chǎng)規(guī)劃，預(yù)計(jì)2020年10月公司可以對(duì)外銷(xiāo)售復(fù)合基料，并輸出模壓成型工藝。2021年第二季度可以對(duì)外銷(xiāo)售預(yù)成型超薄復(fù)合基料光板，并輸出模壓成型工藝，同時(shí)把復(fù)合極板的彎曲強(qiáng)度提高到≥50MPa,模壓成型時(shí)間降低到30秒。
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