9月22日，由中國電動汽車百人會、國際氫能委員會和山東省工業(yè)和信息化廳共同主辦的“2019氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)新峰會”在山東濟南隆重舉行。本次會議國內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)行業(yè)聯(lián)盟、領(lǐng)軍企業(yè)、知名高校院所主要負責人、專家學者等近500人齊聚泉城，共同探討氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式，謀劃氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的投資與合作。
在本次峰會以“中國氫燃料電池汽車商業(yè)化進程與路徑”為主題的分論壇上，北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司（下稱“氫璞創(chuàng)能”）董事長歐陽洵發(fā)表了“電堆核心材料及關(guān)鍵工藝的國產(chǎn)化實現(xiàn)”的主題演講。
歐陽洵表示，根據(jù)美國DOE的測算，燃料電池達到商業(yè)化的水平，2020年是40美元每千瓦。這個成本目標依據(jù)是50萬輛車的量產(chǎn)水平，目前實際業(yè)內(nèi)成本水平距離這個目標還有相當大的距離，如何實現(xiàn)這個目標，除了通過批量生產(chǎn)下降成本，我們必須在技術(shù)工藝及材料，設備國產(chǎn)化多方面下功夫。
在演講中，歐陽洵重點分享了氫璞在電堆材料和關(guān)鍵工藝國產(chǎn)化的一些心得。
以下摘自歐陽洵演講實錄：
氫璞是成立了九年的企業(yè)，我們現(xiàn)在有80多人，內(nèi)部有多位行業(yè)的專家，也有完整的電堆設計和驗證團隊。我們參與了燃料電池相關(guān)20多項國標的制訂。氫璞現(xiàn)在在國內(nèi)有四個基地：北京、揚州、德州、東莞。北京是研發(fā)及營銷中心；揚州是開發(fā)及生產(chǎn)基地。
氫璞主要是電堆的研發(fā)和制造，包括核心制造和關(guān)鍵工藝，我們也和上下游進行合作，助力打造健康平衡發(fā)展的燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈。氫璞目前有一條在2014年建成的500套電堆的產(chǎn)線，這條自動化產(chǎn)線應該是國內(nèi)第一條具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電堆產(chǎn)線，這個產(chǎn)線投產(chǎn)以來，我們投入了大量精力，進一步提高產(chǎn)線的成本，目前精細化程度超過90%。氫璞在揚州工廠內(nèi)具備十分完善的測試條件，我們可以從小樣到大電堆140千瓦的壽命測試、高低溫測試等。氫璞產(chǎn)品功率密度超過2.0千瓦每升。在性能參數(shù)以及成本上都屬于國際領(lǐng)先水平。
下面分享氫璞在電堆材料和關(guān)鍵工藝國產(chǎn)化的一些心得。
首先我們看一下燃料電池汽車成本的組成。根據(jù)美國DOE的測算，燃料電池達到商業(yè)化的水平，2020年是40美元每千瓦。這個成本目標依據(jù)是50萬輛車的量產(chǎn)水平，目前實際業(yè)內(nèi)成本水平距離這個目標還有相當大的距離，如何實現(xiàn)這個目標，除了通過批量生產(chǎn)下降成本，我們必須在技術(shù)工藝及材料，設備國產(chǎn)化多方面下功夫。從本質(zhì)上看，需要達到以上成本目標首先就是材料體系要十分合理，如果材料自身沒法滿足自身需求，材料是不可取的。
其次，材料要實現(xiàn)自主，一方面要考慮到國際貿(mào)易的風險，再就是材料自動化大批量生產(chǎn)時必須要實現(xiàn)國產(chǎn)化。
最后是產(chǎn)品設計要合理。這幾方面環(huán)環(huán)相扣，互為影響。
在開發(fā)產(chǎn)品時，我們需要明確電堆在性能、壽命、可靠性和成本需求以及燃料電池系統(tǒng)供應商的集成需求。我們分三個層次完成電堆的研發(fā)，第一個層次主要包括一些材料的研發(fā)，膜電極的研發(fā)，極板研發(fā)板密封設計和工藝開發(fā)，這個層次的工作量是最大的，涉及大量基礎材料的評估，設計極板的分布，還有單片電池和電堆反復的模擬和推測。
第二個層次是電堆的單板，封裝，這個涉及到是否可以發(fā)揮極板的最大性能，也對電堆可靠性、壽命影響最大。
第三個層次完成各種測試，這里包括短堆和整堆的測試、壽命測試、零下測試等，這個測試確定了電堆設計需求并且反饋前兩個層面的缺陷問題，一款電堆的研發(fā)往往需要幾個層面的反復工作才能完成，對產(chǎn)品研發(fā)和開發(fā)團隊耐力和專業(yè)能力是極大的考驗。
極板是我們需要關(guān)注的材料和工藝要點之一。
極板材料主要從原材料階段、模壓條件和成型后的三個階段考慮。最終材料層面需要確保極板脫模完整，表面粗糙度適宜，材料強度滿足要求。從模壓工藝角度看，需要考慮成型后的極板特性，最終保障極板尺寸及透氣性滿足要求，尤其對成型后的精度和密度要求都是極端的。
首先，看一下模壓工藝。我們對模壓機和模壓工藝花了大量時間研究，最終開發(fā)出來一個能夠服務我們的工藝流程：材料配置方面，對材料進行稱重，再是壓機的下壓速度、保壓等。目前氫璞工藝從上料到處理大約需要一分半的時間。我們選擇的碳粉、碳纖維和基材，不僅需要考慮材料的密度、電導率、導熱系數(shù)等，材料的成本還有保質(zhì)期都是重要考慮的因素之一；然后，我們對模壓工藝進行細致研究，通過對材料壓制的溫度，后處理的方式，對壓制極板進行反復測試，這個測試過程比較繁瑣。
極板和模具的設計方面。極板設計不僅要考慮流場結(jié)構(gòu)，密封結(jié)構(gòu)進出口、應力分布、氣體分布等，以及極板設計工藝適配等，成型的大部分尺寸公差0.01毫米之內(nèi)，并且可以滿足兩安培以下大電流密度工作的條件。
高功率密度的電堆需要更輕更薄，而且要能滿足大電量的條件，對極板模具要求極高。我們發(fā)現(xiàn)目前市場上不管國內(nèi)國外，只有極少模具材料能滿足剛性、強度的要求。對大部分的模具廠家都是挑戰(zhàn)。我們也是經(jīng)過很多摸索以及跟不同供應商的探討和研發(fā)，現(xiàn)在可以成功壓制氫璞目前在售所有的板型，而且可以滿足我們一開始做的各項的參數(shù)要求。
簡單介紹一下我們幾款主要的產(chǎn)品，氫璞的T、F系列的復合板電堆，在外尺寸設計是一樣的，在我們的產(chǎn)線中，大部分的工裝夾具可以不需要替換，就可以實現(xiàn)柔性生產(chǎn)。最大電流密度達到兩安培每平方米。電堆額定功率達到47千瓦，最大功率55千瓦，工作壓力可以到兩個半，但是也可以在低壓、中壓下運行。最大功率密度超過2kW/L，壽命可以滿足1.5萬小時的運行需求。
氫璞X有大量投入，剛才提到我們在美國有前瞻的開發(fā)室，也是做這樣的工作。目前我們和國內(nèi)有兩個主機廠還有系統(tǒng)廠家展開合作。明年上半年有一款車進入公告階段，這款電堆實現(xiàn)了1.5每安培的電流密度。電堆額定功率128千瓦，壽命滿足5000小時，2020年目標是8000小時，目前通過反復對比，我們正在和國內(nèi)上下游合作伙伴一起合作，為未來能到達大批量的生產(chǎn)做好準備。
最后是氫璞的一些實際應用，目前已經(jīng)完成五款公告車，三款公告還在做。完成的五款里有兩款是物流車，三款是公交車。物流車運營就在山東德州，預計年底達到50萬公里，運行車輛達到50輛，明年在山東德州超過100輛。
目前日本、韓國、加拿大等國家在電堆設計、材料上先行一步或者兩步，中國是燃料電池領(lǐng)域重要的舞臺，作為中國公司做燃料電池產(chǎn)品，核心材料和關(guān)鍵工藝都必須實現(xiàn)國產(chǎn)化，才能真正具備國際競爭力和將來具備大范圍推廣的潛力，這些工作需要長期不懈的投入，從短時間看還是風險很高，收益比較低。
氫璞成立九年來，努力和同行一起深耕，我們希望更多同仁可以認同我們的理念，一起突破，鋪平未來氫燃料電池的道路。
