目前，絕大部分燃料電池汽車采用質(zhì)子交換膜技術(shù)，質(zhì)子交換膜的質(zhì)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(zhì)子交換膜生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了氫燃料電池核心部件國產(chǎn)化，意味著我國在質(zhì)子交換膜高端產(chǎn)品領(lǐng)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(zhì)子交換膜好比電腦的中央處理器，其質(zhì)量直接影響著電池性能、壽命及成本。早期，我國所用的質(zhì)子交換膜幾乎全靠進(jìn)口，1平方米折合20多克，價(jià)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(zhì)子交換膜生產(chǎn)線在武漢投產(chǎn)，這也是該領(lǐng)域目前技術(shù)最先進(jìn)、一次性成膜最大的生產(chǎn)線。“項(xiàng)目打破了市場長期被國外廠家壟斷的局面，達(dá)產(chǎn)后可同時(shí)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(jī)等其應(yīng)用場景。”國家電投氫能公司武漢綠動總經(jīng)理劉真介紹。
實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)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。以上述項(xiàng)目為代表，國產(chǎn)化力量正在加速突圍。
性能更優(yōu)的同時(shí)，價(jià)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(zhì)子交換膜技術(shù)，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(yīng)用難在哪里?
現(xiàn)有的質(zhì)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(jìn)而導(dǎo)致成本高、售價(jià)貴。相比之下，國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，技術(shù)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(zhì)的關(guān)鍵原料和工藝設(shè)備配套能力弱。若是批量生產(chǎn)，對工藝技術(shù)和裝備的專業(yè)化要求更高，加上前期投入大、回報(bào)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(shí)現(xiàn)多項(xiàng)突破。例如，通過采用先進(jìn)高精度涂布技術(shù)和熱處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對質(zhì)子交換膜涂布厚度的精細(xì)控制。先進(jìn)的在線檢測及工藝過程檢測儀器，對質(zhì)子交換膜的厚度、缺陷及瑕疵在線監(jiān)測并實(shí)時(shí)反饋調(diào)整，可以有效提高批量化生產(chǎn)的一致性，進(jìn)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(zhì)子交換膜。這是我們自己的產(chǎn)品，在質(zhì)子電導(dǎo)率、氣體滲透率、機(jī)械強(qiáng)度等方面均相當(dāng)或優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，價(jià)格卻只有一半左右。
中國科學(xué)院院士、武漢理工大學(xué)校長張清杰直言，質(zhì)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(zhì)子交換膜高端產(chǎn)品領(lǐng)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(jìn)。
產(chǎn)業(yè)鏈不能多而不強(qiáng)，自主化不是重復(fù)建設(shè)低質(zhì)產(chǎn)能
在此基礎(chǔ)上，行業(yè)需要更多突破。“實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)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(jī)成本，進(jìn)而降低整車價(jià)格！痹缜霸诮邮苡浾卟稍L時(shí)，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！爸T如空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等設(shè)備，國內(nèi)雖有企業(yè)介入，但大部分關(guān)鍵零部件仍依賴進(jìn)口，無形中增加成本！
多位人士證實(shí)，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！皽(zhǔn)確來說，很多設(shè)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(diào)節(jié)、快速響應(yīng)、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(zhì)量產(chǎn)能的重復(fù)建設(shè)，而要朝著高質(zhì)量方向發(fā)展！闭憬h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(guān)人士也稱，近年來，國產(chǎn)化進(jìn)程加速，但氫燃料電池關(guān)鍵材料及部件“卡脖子”問題尚未完全解決，比如碳紙等關(guān)鍵材料仍未實(shí)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(yàn)證。“氫燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測體系也不夠完善。產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨于同質(zhì)化，集中表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)多而不強(qiáng)！
全國燃料電池及液流電池標(biāo)委會副秘書長盧琛鈺稱，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期，核心設(shè)備與關(guān)鍵材料的研發(fā)投入相對欠缺。要么真正有實(shí)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(yīng)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(shù)實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先，全面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化批量生產(chǎn)可期
據(jù)了解，包括武漢在內(nèi)，國家電投還將在華北、華東、東北等區(qū)域建設(shè)產(chǎn)業(yè)基地，計(jì)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(guān)鍵材料部件的自動化產(chǎn)線。除了質(zhì)子交換膜，該公司還將推進(jìn)催化劑、膜電極、雙極板等關(guān)鍵材料和部件的研發(fā)，在功率等級、功率密度、環(huán)境適應(yīng)性、耐久性等方面達(dá)到國際先進(jìn)水平。
“事實(shí)上，部分國產(chǎn)化技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)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(shù)。因此，亟待加強(qiáng)上述關(guān)鍵材料核心部件的技術(shù)轉(zhuǎn)化，加快形成具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的批量制備技術(shù)、建立產(chǎn)品生產(chǎn)線，全面實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料核心部件的國產(chǎn)化批量生產(chǎn)！币聦毩硎。
這一觀點(diǎn)得到盧琛鈺的贊同。“不可否認(rèn)，我們的國產(chǎn)化進(jìn)程顯著，部分質(zhì)子交換膜、催化劑實(shí)現(xiàn)了小批量應(yīng)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(shè)計(jì)能力，對相關(guān)核心材料、部件的要求更加細(xì)化;生產(chǎn)及測試裝備的能力、精度進(jìn)一步提升;充分考慮如何將實(shí)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(bǔ)齊的短板。”
上述人士提出，在推動技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用的同時(shí)，可構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制和合作交流平臺，加強(qiáng)科研機(jī)構(gòu)、院校、企業(yè)等多方合作，鼓勵(lì)企業(yè)對突破性研究成果開展“先行先試”。同時(shí)構(gòu)建政策保障體系，制定氫燃料電池技術(shù)及裝備中長期發(fā)展規(guī)劃，做好系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)。