财政部等五部门日前下发通知,拟将京沪粤冀豫等地纳入燃料电池汽车示范应用城市群。同时,上汽等多家车企巨头纷纷推出氢燃料电池汽车。风口之下,氢燃料电池产业将如何发展?
氢燃料电池产业化加速
燃料电池,是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置,技术门槛最高。近年来,在政策加持下,国内氢燃料电池技术发展已经“超出预期”,氢燃料电池系统部分零部件如催化剂、膜电极、双极板、密封材料等,已能够实现国产化。
“经过多年积累,我国氢能已具备基本完整的产业链,基本掌握主要技术和生产工艺。地方政府积极出台相关规划和支持政策,各类资本、各类企业争相投资和布局,氢燃料电池技术在个别地方实现小规模示范应用。”中国国际经济交流中心信息部副部长、研究员景春梅表示,目前,我国乘用车燃料电池寿命超过5000小时,商用车燃料电池寿命超过1万小时,基本满足车辆运行条件;氢燃料电池汽车发动机功率密度已达到传统内燃机水平;氢燃料电池汽车续驶里程达到750公里;氢燃料电池低温启动温度达-30℃,车辆整体适用范围基本达到传统车水平。
国家电投集团氢能首席专家柴茂荣也表示,我国燃料电池技术取得了巨大突破,“目前,国内已有企业掌握催化剂、质子膜、碳纸GDL、膜电极以及电堆组装的整套生产工艺和量产技术,产品质量指标基本和日本持平;攻克了钛双极板的材料技术,掌握了加工、冲压、焊接和表面处理等工艺等。
柴茂荣说,随着氢燃料电池取得突破,应用终端开始面向大众商业化。在国内市场,2015年前,我国燃料电池汽车主要是示范样车为主,数量很少;2016年以来,燃料电池汽车快速增长,主要以城市大巴为主;2020年起,由于补贴政策的驱动,将以商用车、重卡等为主。
随着政策支持和技术突破,国内氢燃料电池产业化加速。数据显示,截至2020年年底,我国氢燃料电池汽车累计保有量达7000多辆。
诸多发展瓶颈有待突破
虽然燃料电池产业化发展已迈进一大步,但目前还面临诸多发展瓶颈,如核心零部件、基础材料、关键设备等方面仍依赖进口。
燃料电池真正的核心是电堆,而电堆的“心脏”是膜电极。据悉,膜电极是整个燃料电池技术的决定性要素,既影响寿命,又影响性能,更重要的是其占电堆成本的70%左右。
柴茂荣表示,针对不同的用途,对燃料电池的要求是不同的,我国目前只完成了增程式燃料电池电堆及系统的开发,在固定电源用长寿命堆、直驱强混交通工具用电堆等电堆开发方面远远落后,亟待攻克80000h以上的超长寿命膜电极材料技术、兆瓦级电堆及系统的开发。
“此外,当前我国氢燃料电池产业还在基础材料、关键设备两方面存在‘卡脖子’技术。”柴茂荣说,在基础材料方面,目前大部分催化剂、质子膜及碳纸均为进口产品,国内产品性能及可靠性方面与国外产品还有较大差距;在关键设备方面,燃料电池制造装备中涂布用的涂布头、自动化生产线用的多轴机器人等关键设备以进口为主。
“国内燃料电池在核心技术、关键材料和装备制造等方面,与国际领先水平仍存在明显差距,燃料电池核心技术和关键材料仍掌握在日本等发达国家手中。”景春梅表示,国产膜电极、双极板、空压机、循环泵等产品性能与国外差距较大,产业技术标准和检测认证体系不能满足市场需要。
攻关核心关键技术
国内燃料电池产业未来该如何发展?柴茂荣表示:“归根结底就是要沉得下心来扎扎实实搞技术,搞产品开发。”
柴茂荣说,需要在国家层面组织技术攻关,突破关键技术和核心材料,完全实现国产化;对标国际先进的燃料电池技术,而不是先将国外技术引进来发展几辆增程式大巴车,一哄而上寻求国家补贴;燃料电池的核心是材料技术,产业链长,需要进行战略规划,需要分工协作。
景春梅也认为,政府和企业的火力点,都应该集中在核心关键技术的薄弱环节,而不是急于扩大终端市场。“为使燃料电池产业化拥有足够的技术支撑,迫切需要加强燃料电池的材料新体系及其电化学机理过程的研究,政府资金应在基础研究环节集中发力,尽快突破核心技术和关键材料瓶颈”。
此外,业内认为,燃料电池和锂电池并不是完全竞争的态势,未来它们之间的集成或者混动会更有前景。柴茂荣表示,真正的燃料电池汽车应该是氢电混动,即大功率电堆配合小容量电池,燃料电池作为主动力,锂电池作为辅助动力和能量回收。“这样既解决续航焦虑等问题,也解决了锂电池一味追求高能量密度所带来的安全性问题,以及锂资源不足等问题”。
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