氢燃料电池“突围”国产化
文章来源：中国能源报 作者:朱妍 仲蕊
作为氢燃料电池核心部件，质子交换膜好比电脑的中央处理器，其质量直接影响着电池性能、寿命及成本。早期，我国所用的质子交换膜几乎全靠进口，1平方米折合20多克，价格堪比同等重量的黄金。而今，僵局被打破。
近日，我国首条全自主可控30万平方米质子交换膜生产线在武汉投产，这也是该领域目前技术最先进、一次性成膜最大的生产线。“项目打破了市场长期被国外厂家垄断的局面，达产后可同时满足2万辆氢燃料电池汽车的用膜需求，也可用于固定式电站、备用电源、无人飞机等其应用场景。”国家电投氢能公司武汉绿动总经理刘真介绍。
实现燃料电池关键材料和零部件国产化、批量生产，有助于大幅降低整车成本。记者了解到，以上述项目为代表，国产化力量正在加速突围。
性能更优的同时，价格较国外同类产品减半
目前，绝大部分燃料电池汽车采用质子交换膜技术，但要想兼顾高性能、长寿命与低成本却非易事。自主生产、规模应用难在哪里？
刘真告诉记者，现有的质子交换膜多采用全氟化聚合物材料合成，其稳定性好、寿命长，开发和生产难度却很大，进而导致成本高、售价贵。“相比之下，国内相关研究起步较晚，技术积累薄弱，产业链配套一度不健全、不成熟，特别是高品质的关键原料和工艺设备配套能力弱。若是批量生产，对工艺技术和装备的专业化要求更高，加上前期投入大、回报周期长，很多企业往往动力不足，性能稳定的规模化生产难上加难。”
据了解，首条生产线实现多项突破。刘真举例，通过采用先进高精度涂布技术和热处理技术，可实现对质子交换膜涂布厚度的精细控制。先进的在线检测及工艺过程检测仪器，对质子交换膜的厚度、缺陷及瑕疵在线监测并实时反馈调整，可以有效提高批量化生产的一致性，进而大幅提升良品率、降低产品成本。
“除了更高的均匀性，产品在幅宽尺寸有了更多选择，可以生产厚度从8微米到20微米的质子交换膜。这是我们自己的产品，在质子电导率、气体渗透率、机械强度等方面均相当或优于国外同类产品，价格却只有一半左右。”刘真称。
中国科学院院士、武汉理工大学校长张清杰直言，质子交换膜成本对氢燃料电池发展有着重要影响，这一生产线的投产，意味着我国在质子交换膜高端产品领域有了自主生产能力，将由此推动我国燃料电池核心材料产业向前大步迈进。
产业链不能多而不强，自主化不是重复建设低质产能
在此基础上，行业需要更多突破。“实现燃料电池关键材料和部件的国产化批量生产，就能大幅降低燃料电池发动机成本，进而降低整车价格。”早前在接受记者采访时，中国工程院院士衣宝廉就表示，我国在整车、系统等方面早有布局，但零部件企业相对较少，尤其是核心部件、材料及其配套工艺相对滞后。“诸如空压机、氢气循环泵等设备，国内虽有企业介入，但大部分关键零部件仍依赖进口，无形中增加成本。”
多位人士证实，目前，电解水、氢气纯化等制氢环节基本不存在“卡脖子”问题，但产业链中下游国产化率仍待提高。“准确来说，很多设备不是完全做不出来，而是批量生产的可靠性、稳定性面临挑战。比如，精密调节、快速响应、稳定输出以及故障率等方面，目前还有较大改善空间。自主化不是低质量产能的重复建设，而要朝着高质量方向发展。”浙江锋源氢能科技有限公司董事长王海峰表示。
国家电投科技与创新部相关人士也称，近年来，国产化进程加速，但氢燃料电池关键材料及部件“卡脖子”问题尚未完全解决，比如碳纸等关键材料仍未实现国产化，电堆和系统的可靠性、耐久性未得到充分验证。“氢燃料电池技术标准、检测体系也不够完善。产业发展趋于同质化，集中表现在产业链企业多而不强。”
全国燃料电池及液流电池标委会副秘书长卢琛钰称，产业发展前期，核心设备与关键材料的研发投入相对欠缺。要么真正有实力、有创新能力的企业，缺乏更大更好的平台及资金支持；要么资金雄厚的大企业，往往更重视应用端投入，对材料和部件的重视程度不够、投资力度不足。
部分技术实现领先，全面实现国产化批量生产可期
上述人士透露，包括武汉在内，国家电投还将在华北、华东、东北等区域建设产业基地，计划形成年产万套燃料电池电堆及催化剂、膜电极、双极板等关键材料部件的自动化产线。除了质子交换膜，该公司还将推进催化剂、膜电极、双极板等关键材料和部件的研发，在功率等级、功率密度、环境适应性、耐久性等方面达到国际先进水平。
“事实上，部分国产化技术水平已经达到、甚至超过国外商业化产品，下一步是形成大批量自主生产技术。因此，亟待加强上述关键材料核心部件的技术转化，加快形成具有完全自主知识产权的批量制备技术、建立产品生产线，全面实现关键材料核心部件的国产化批量生产。”衣宝廉表示。
这一观点得到卢琛钰的赞同。“不可否认，我们的国产化进程显著，部分质子交换膜、催化剂实现了小批量应用。但从整体看，国外产品仍占据较大市场。提升电堆和系统设计能力，对相关核心材料、部件的要求更加细化；生产及测试装备的能力、精度进一步提升；充分考虑如何将实践所获得的数据反馈到研发和工程化过程中，并且逐步优化——这些都是亟待补齐的短板。”
上述人士提出，在推动技术转化应用的同时，可构建协同创新机制和合作交流平台，加强科研机构、院校、企业等多方合作，鼓励企业对突破性研究成果开展“先行先试”。同时构建政策保障体系，制定氢燃料电池技术及装备中长期发展规划，做好系统的顶层设计。
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