幾款國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的燃料電池車(chē)，從左至右依次是現(xiàn)代ix35、上汽大通V80、豐田Mirai
“催化劑在實(shí)驗(yàn)室能做了，企業(yè)生產(chǎn)卻還要進(jìn)口?！?
在談到中國(guó)燃料電池汽車(chē)行業(yè)對(duì)外依存度時(shí)，幾乎所有受訪(fǎng)者都強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)成果和核心零部件國(guó)產(chǎn)化間的巨大鴻溝。一邊，是企業(yè)、高校和科研院所發(fā)布的漂亮數(shù)字，另一邊，則是材料、零部件、設(shè)備等對(duì)進(jìn)口的嚴(yán)重依賴(lài)。
為什么依賴(lài)進(jìn)口？
部分受訪(fǎng)者認(rèn)為，科研成果難以轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品，只是表象。更本質(zhì)的原因在于，運(yùn)氫問(wèn)題尚未解決，導(dǎo)致部分城市高純氫貴；整車(chē)成本高、加氫站建設(shè)費(fèi)用高，綜合因素作用下，中國(guó)的燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈仍未形成。
沒(méi)有產(chǎn)業(yè)鏈，就沒(méi)有利潤(rùn)。面對(duì)虧本的買(mǎi)賣(mài)，作為市場(chǎng)創(chuàng)新主體的企業(yè)自然難有技術(shù)攻關(guān)、進(jìn)而和進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的積極性。
不過(guò)，不論是國(guó)內(nèi)的主機(jī)廠(chǎng)、零部件企業(yè)，還是能源公司，都在積極推動(dòng)燃料電池汽車(chē)鏈條的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，部分已經(jīng)發(fā)布了階段性研發(fā)成果。用一位一線(xiàn)工程師的話(huà)說(shuō)，“燃料電池行業(yè)處于發(fā)展初期，政府和行業(yè)都應(yīng)該充滿(mǎn)信心，堅(jiān)信星星之火可以燎原。”
1
催化劑：
做得了1克，做不了1公斤
燃料電池國(guó)產(chǎn)化，涉及多項(xiàng)核心零部件。
國(guó)內(nèi)某主流氫燃料電池企業(yè)產(chǎn)品負(fù)責(zé)人介紹，燃料電池電堆主要由膜電極、雙極板、端板、絕緣板、集流板和密封件等組成。作為主要零部件的催化劑占電堆成本比例約為36%，雙極板占比約為23%，氣體擴(kuò)散層和質(zhì)子交換膜占比分別約為16%和12%。
根據(jù)車(chē)型和技術(shù)路線(xiàn)等差別，催化劑等成本占比略有不同，圖為參加2019氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會(huì)的某客車(chē)企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司氫能首席技術(shù)官柴茂榮告訴《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》，國(guó)產(chǎn)燃料電池涉及的催化劑、膜電極、雙極板等核心技術(shù)，對(duì)進(jìn)口的依賴(lài)都比較嚴(yán)重。
張先生是國(guó)內(nèi)某大型材料研發(fā)機(jī)構(gòu)的燃料電池工程師，據(jù)他觀察，近幾年，國(guó)內(nèi)對(duì)燃料電池催化劑的研究非常火，尤其是高校在催化劑、膜電極等領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量相當(dāng)多。而這些研究正是不少?lài)?guó)內(nèi)企業(yè)的技術(shù)來(lái)源。
張先生說(shuō)，可惜的是，這些科研成果，目前大多數(shù)沒(méi)有轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品。
中國(guó)工程院院士衣寶廉告訴《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》，目前，國(guó)內(nèi)有不少研究催化劑的單位，發(fā)表的高水平論文也有很多，而且并不缺乏制備催化劑的公司。但是，這些單位和企業(yè)都拿不出催化劑裝車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
衣寶廉介紹，國(guó)內(nèi)有催化劑開(kāi)發(fā)能力的公司，正在開(kāi)發(fā)高活性、低鉑載量的催化劑，并在自己的電堆上進(jìn)行試驗(yàn)。但在產(chǎn)業(yè)端，大部分企業(yè)仍要進(jìn)口日本和英國(guó)等國(guó)的催化劑。
上述產(chǎn)品負(fù)責(zé)人也表示，目前，部分國(guó)產(chǎn)催化劑通過(guò)了樣品開(kāi)發(fā)和測(cè)試，但商用化和規(guī)?；e累不足，因此，進(jìn)口催化劑仍然是目前國(guó)內(nèi)燃料電池企業(yè)的首選。
為什么實(shí)驗(yàn)室能做出來(lái)，工廠(chǎng)卻生產(chǎn)不出來(lái)？
柴茂榮告訴《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》，實(shí)驗(yàn)室的催化劑多用半電極測(cè)試性能，性能要求相對(duì)寬松，但用于量產(chǎn)的膜電極，需要經(jīng)受抗氧化、抗中毒、耐久性，以及催化劑中雜質(zhì)對(duì)質(zhì)子膜等的影響考驗(yàn)。因此，實(shí)驗(yàn)室做出的催化劑，能直接用于企業(yè)膜電極生產(chǎn)的數(shù)量有限。
另外，張先生認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)室有精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，有專(zhuān)業(yè)的(通常是博士學(xué)歷及以上的)科研人員，在這種特定條件下制出1克催化劑并不難。但對(duì)于企業(yè)而言，受限于設(shè)備、工藝、工人技術(shù)水平，每天能產(chǎn)出100克-1000克燃料電池催化劑，已經(jīng)是領(lǐng)先水平。
“博士能做不算生產(chǎn)能力，普通工人也能操作才是生產(chǎn)能力，才有規(guī)?；目赡?。我們現(xiàn)在缺的就是生產(chǎn)能力，這種能力一定是企業(yè)才能搞定的?！睆埾壬f(shuō)。
張先生所說(shuō)的“生產(chǎn)能力”，反映在消費(fèi)端，就是中國(guó)能源工程集團(tuán)氫能科技有限公司(中氫科技)CEO范欽柏口中的“用戶(hù)級(jí)產(chǎn)品”。
在范欽柏看來(lái)，目前，燃料電池汽車(chē)對(duì)氫氣、空氣質(zhì)量、機(jī)器精密度和操作都很敏感，是“教授級(jí)”產(chǎn)品，這樣的產(chǎn)品價(jià)值很低，不是用戶(hù)真正需要。行業(yè)應(yīng)該對(duì)燃料電池汽車(chē)去敏感化，讓其成為有價(jià)值的“用戶(hù)級(jí)”產(chǎn)品。
2
雙極板：
成品率僅98%
目前，國(guó)內(nèi)大部分燃料電池企業(yè)使用的是石墨雙極板和復(fù)合材料雙極板。
衣寶廉介紹，金屬板作為提高電堆比功率的主要方式，國(guó)內(nèi)各公司都在大力研發(fā)并組裝。部分企業(yè)宣稱(chēng)，其開(kāi)發(fā)的金屬電堆比功率超過(guò)3.0kW/L，且均裝車(chē)試運(yùn)行，但實(shí)際壽命有多長(zhǎng)，還要看運(yùn)行結(jié)果。
上海捷氫科技有限公司業(yè)務(wù)規(guī)劃及項(xiàng)目總監(jiān)余意也表示，和石墨雙極板相比，金屬雙極板厚度薄，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能更好，機(jī)械強(qiáng)度更高，量產(chǎn)工藝工序更少，因此性能優(yōu)異且更易于批量化生產(chǎn)。但金屬雙極板的成型工藝要求高，耐腐蝕性較差，壽命不易保證，這也是其國(guó)產(chǎn)化的主要難點(diǎn)。
張先生告訴《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》，目前，國(guó)產(chǎn)雙極板最大的問(wèn)題是模具加工精度不夠高。例如，國(guó)外對(duì)雙極板的公差要求為±10微米，國(guó)內(nèi)模具的公差普遍遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)字。
模具公差大，導(dǎo)致雙極板和燃料電池的不良品率遠(yuǎn)高于產(chǎn)品最低要求。
范欽柏介紹，動(dòng)力電池的電流密度只有100毫安/平方厘米，而燃料電池的電流密度能做到1.5安/平方厘米。這就意味著，燃料電池堆精密度的要求遠(yuǎn)高于動(dòng)力電池，不良品率要降到億分之一。但實(shí)際上，國(guó)產(chǎn)燃料電池普遍的不良品率高達(dá)2%。
除了模具本身的問(wèn)題，管理過(guò)程不科學(xué)，品質(zhì)控制不嚴(yán)格，也讓國(guó)產(chǎn)燃料電池的一致性大打折扣。
范欽柏曾在海外從事燃料電池研發(fā)工作近30年，回國(guó)不到1年時(shí)間，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)的管理方法讓他感觸頗深。
據(jù)范欽柏介紹，單電池裝堆時(shí)，企業(yè)會(huì)對(duì)每個(gè)電池的膜電極檢漏，測(cè)試單位時(shí)間內(nèi)的氣體漏出量是否超標(biāo)。有的企業(yè)只要求“差不多”達(dá)標(biāo)即可，而非嚴(yán)格執(zhí)行品控標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致電堆裝車(chē)后，有的產(chǎn)品僅兩周就出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法運(yùn)行。
“部分企業(yè)生產(chǎn)愛(ài)講‘差不多’，企業(yè)缺乏責(zé)任心，這是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品缺乏國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的一大問(wèn)題?！?
3
其他零部件：
基礎(chǔ)材料研發(fā)被卡
不只是燃料電池，空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等燃料電池汽車(chē)系統(tǒng)零部件，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品的差距也很大。
張先生在乘坐過(guò)豐田Mirai和國(guó)內(nèi)某主流車(chē)企生產(chǎn)的燃料電池車(chē)后直言，前者沒(méi)有明顯噪音，后者的噪音則相當(dāng)大。
余意介紹，空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵研發(fā)涉及到熱學(xué)、力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電機(jī)電控、材料等多學(xué)科，尤其是大流量高壓比的空壓機(jī)和氫循環(huán)泵，需要深厚的技術(shù)積累、完善的開(kāi)發(fā)流程和大量的資金投入。
一位曾在海外某知名燃料電池企業(yè)任職多年的專(zhuān)家告訴《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》，普通空壓機(jī)采用鋼制軸承，但燃料電池汽車(chē)的空壓機(jī)轉(zhuǎn)速極高，需要使用陶瓷軸承。而這種陶瓷軸承，國(guó)內(nèi)依然十分缺乏。
“只要涉及基礎(chǔ)材料，國(guó)產(chǎn)零部件基本上就卡死了?！彼袊@。
不過(guò)，據(jù)衣寶廉介紹，國(guó)內(nèi)空氣軸承的空壓機(jī)已經(jīng)研制成功，并應(yīng)用在億華通的燃料電池車(chē)上。金士頓JSD推出的無(wú)油空壓機(jī)采用空氣軸承、高速永磁電機(jī)和高頻控制器等技術(shù)，核心技術(shù)均為公司自主研發(fā)。
除了燃料電池汽車(chē)本身，整車(chē)之外的儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫鏈條，儲(chǔ)氫罐用的碳纖維、閥件，加氫槍用橡膠、氫氣計(jì)量設(shè)備，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品仍與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大。
以加氫槍的橡膠為例，柴茂榮介紹，加氫槍專(zhuān)用的橡膠既要抗壓，又要耐氫，對(duì)企業(yè)的工藝水平挑戰(zhàn)很大。而且，一根橡膠管的價(jià)格高達(dá)數(shù)萬(wàn)美元，壽命則只有半年到一年左右。技術(shù)難度大、更換成本高，讓這種特殊橡膠國(guó)產(chǎn)化十分緩慢。
余意也表示，和國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)產(chǎn)碳纖維的成品率相對(duì)較低，成本較高，國(guó)產(chǎn)閥件的高壓密封可靠性、金屬材料的耐氫脆性和高壓環(huán)境下的耐久性比較差。
不過(guò)，柴茂榮認(rèn)為，閥件、儲(chǔ)運(yùn)罐特種鋼、氫氣計(jì)量設(shè)備等零部件對(duì)外依存度高，并非在于國(guó)內(nèi)企業(yè)做不到，而在于企業(yè)不愿做。換言之，無(wú)利可圖導(dǎo)致企業(yè)缺乏創(chuàng)新的積極性。
為什么無(wú)利可圖？
4
“氫價(jià)高、車(chē)價(jià)高、建站貴”
衣寶廉認(rèn)為，燃料電池車(chē)的關(guān)鍵材料和核心零部件的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不理想，商業(yè)化速度慢主要受制于三高：車(chē)的成本高、氫氣價(jià)格高、加氫站建設(shè)費(fèi)用高。
某客車(chē)企業(yè)高管曾在公開(kāi)演講中表示，氫氣價(jià)格非常昂貴，導(dǎo)致氫燃料電池汽車(chē)車(chē)的營(yíng)運(yùn)成本居高不下，是企業(yè)燃料電池汽車(chē)推廣的難題。
范欽柏算了一筆賬，目前，國(guó)內(nèi)氫氣的市場(chǎng)價(jià)格約為100元/千克，測(cè)試60千瓦的燃料電池堆，大約需要?dú)錃饷啃r(shí)4千克，市場(chǎng)價(jià)每小時(shí)為400元。這樣算來(lái)，一輛燃料電池汽車(chē)每天要消耗氫氣3000多元，根據(jù)不同的計(jì)量比，一年的測(cè)試價(jià)格近百萬(wàn)元。
一邊，是下游主機(jī)廠(chǎng)苦于用氫成本過(guò)高，另一邊，是上游制氫企業(yè)抱怨氫氣沒(méi)有市場(chǎng)?！半姵囟炎龅闷穑瑲錃庥貌黄?，是很多燃料電池汽車(chē)企業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)困難?！彼f(shuō)。
如何解決“用不起氫”的難題？范欽柏的看法是，專(zhuān)業(yè)的人做專(zhuān)業(yè)的事，由能源企業(yè)牽頭，疏通上游制氫企業(yè)和下游主機(jī)廠(chǎng)間的運(yùn)輸過(guò)程，進(jìn)一步降低企業(yè)用氫成本。
另外，衣寶廉告訴《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》，一般城市的高純氫價(jià)格較高，但目前，國(guó)內(nèi)加氫站的加氫價(jià)是60到80元/千克，低于國(guó)際水平。他認(rèn)為，大量利用工業(yè)副產(chǎn)氫與棄水、棄風(fēng)、棄光發(fā)電的電解水制氫，國(guó)產(chǎn)加氫站的加氫費(fèi)用很快會(huì)降下來(lái)。
5
國(guó)產(chǎn)品牌在努力
目前，能源企業(yè)正在加速進(jìn)入燃料電池領(lǐng)域。
2019年8月，國(guó)電投發(fā)布燃料電池研究階段性成果，柴茂榮向媒體表示，國(guó)電投研發(fā)的催化劑通過(guò)了1.0-1.5V十萬(wàn)次的耐久性測(cè)試，其衰減特性值仍大于80%。他同時(shí)強(qiáng)調(diào)，催化劑材料從實(shí)驗(yàn)室到裝車(chē)需要2年，裝車(chē)后仍然需要3年時(shí)間驗(yàn)證。
中氫科技方面，范欽柏介紹，目前，該公司有石墨板和金屬雙極板的開(kāi)發(fā)能力，裝車(chē)實(shí)測(cè)正在按計(jì)劃進(jìn)行。
主機(jī)廠(chǎng)一端的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程也沒(méi)有停止。
捷氫科技燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品P390，電堆及核心部件自主開(kāi)發(fā)
在2019年9月22日的2019氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會(huì)上，被問(wèn)及如何降低進(jìn)口依存度時(shí)，捷氫科技總經(jīng)理盧兵兵表示，捷氫已經(jīng)具備雙極板、膜電極設(shè)計(jì)、電堆集成、燃料電池系統(tǒng)集成能力。在質(zhì)子交換膜、催化劑和碳紙等核心材料領(lǐng)域，希望與供應(yīng)商合作，發(fā)揮各自特長(zhǎng)，提高國(guó)產(chǎn)燃料電池競(jìng)爭(zhēng)力。
談到于燃料電池核心材料和零部件國(guó)產(chǎn)化的前景，范欽柏說(shuō)，國(guó)產(chǎn)化困難多、速度慢不是問(wèn)題，問(wèn)題是，大家是不是真想把燃料電池行業(yè)做起來(lái)？只要真想做事，而不是沖著補(bǔ)貼去，中國(guó)的燃料電池行業(yè)就有希望。
衣寶廉也表示，要加強(qiáng)電堆企業(yè)與關(guān)鍵材料研發(fā)單位的協(xié)作、聯(lián)合攻關(guān)和實(shí)驗(yàn)。只有如此，才能加速?lài)?guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)關(guān)鍵材料和核心零部件產(chǎn)業(yè)化進(jìn)步。
