第153章 氢燃料电池电堆国产化加速进行时
琉云2023-06-30 13:544,202

习薇掏出手机,点进她的电脑手机同步云文档里,把最新建立的文档发给赵硕。

“老公,你查看一下你的邮箱,我最近新设计的新产品方案。”

“什么?我不是要你好好休息吗?你干嘛还……”

“我热爱科研,我不会因为怀孕生孩子了就停下研发的步伐。虽然我不能去实验室,但我一样可以穿着防辐射的衣服在家里搞设计研究技术方案。”

习薇的话不只是让赵硕感动得不要不要的,同时也让顾晓晗惊诧得瞪大眼睛。

赵硕回过神来打开他的QQ邮箱,认真地阅读习薇发给他的第八代超薄不需要涂层的金属双极板技术设计方案以及PEM电解槽极板技术进一步提升的思路。

这两个方案虽然只是个“纸上谈兵”的设想,但是对于盛远科研团队来说,就像是迷雾中的一盏灯,看到了前方。

习薇看到赵硕的脸上露出了淡淡的笑容,自信满满地对顾晓晗说:“电堆企业开发电解槽的方案是可行的。”

顾晓晗咽下一口口水,不服气地抬头挺胸说道:“你哪来的底气?”

习薇笑着说:“双极板是燃料电池堆中的关键部件,它可以使活性气体均匀分布在有源区域,导电并支撑膜电极,以保持堆结构的稳定性,并去除燃料电池产生的热量和水分。

双极板占燃料电池重量的60%,成本的20%,其性能直接影响到输出功率的大小和电池使用寿命的长短。目前丰田Mirai、本田Clarity和现代NEXO乘用车均采用金属双极板。

金属双极板因其优异的力学性能和电学性能而成为燃料电池行业的研究热点之一。

最近,冲氢在我们盛远的金属双极板镀膜技术上取得了突破。在第四代涂装的基础上,彻底解决了金属板材耐蚀性、导电性和低成本的行业瓶颈,通过工艺和设备升级,将高潜在耐蚀性提高了10倍。

与第三代碳基涂层相比,第四代涂层在高电位(1.6 vs.she)下的腐蚀电流从200μA/cm2下降到50μA/cm2。基于第四代独立连续生产设备,结合工艺升级,腐蚀电流进一步降低至5μA/cm2。

膜电极也作为燃料电池的关键部件,其结构设计和制备工艺十分复杂,整个研发周期长,技术壁垒高,实现规模化生产十分困难。膜电极决定了反应器性能、寿命和成本的上限。膜电极组件由质子交换膜、催化剂和气体扩散层(气体扩散层)组成。

国内膜电极的性能接近国际水平,但专业特性(如铂负载、启停、冷启动、反极性等)仍落后于国际水平。但随着国内市场的快速增长,国内工程与质量控制之间的差距有望进一步缩小。

近年来,我们的合作伙伴长城能源克服了燃料电池行业的“瓶颈”问题,实现了完全自主研发的新型高性能膜电极的规模化生产,加速了膜电极国产化进程。长城创新了“梯度技术”,极大地提高了膜电极产品单位面积发电量、使用寿命等关键性能指标。膜电极的功率密度为1.30W/cm2,耐久性为> 10000 h,铂负载为0.35mg/cm2。

质子交换膜是氢燃料电池反应堆的第三核心。也是燃料电池(PEMFC)的核心部件。主要成分为全氟磺酸膜,目前主要为进口。

目前质子交换膜的主要发展方向是全氟磺酸增强的复合膜。质子交换膜逐渐趋于薄,从几十微米降到几十微米,降低了质子转移的欧姆极化,从而达到更高的性能。

目前,国内质子交换膜生产企业主要有东岳集团旗下的Future Hydrogen Co., LTD.,主营燃料电池用质子交换膜,上游原料为全氟磺酸树脂和全氟羧酸树脂。其生产能力、技术处于国内领先地位。

去年11月份,东岳150万平方米质子交换膜生产线一期项目正式投产。

这标志着东岳集团经过16年的艰苦科研,与奔驰、福特等公司务实的技术合作,成为全球两家可提供质子交换膜用于量产氢燃料电池汽车的企业之一。

目前,东越集团拥有全氟质子膜燃料电池最完整的产业链,拥有氟功能膜材料国家重点实验室,形成涵盖原料、关键中间体、树脂和质子交换膜等全系列完整的知识产权体系,其中,质子膜燃料电池成膜聚合物,荣获2019年中国专利金奖。

燃料电池堆的成本约占整个氢燃料电池系统的50%。燃料电池堆成本的迅速降低和技术性能的显著提高,有利于氢燃料电池汽车在中国的推广和示范。

从双极板、膜电极到质子交换膜,国产化进程不断加快,国内企业在科技创新道路上也在不断探索和攻关关键问题。氢燃料电池组和燃料电池系统的商业化和规模化正在逐步实现,并有望在近几年打破进口垄断。”

顾晓晗:“你搞错了,我们威尔康跟你们盛远合作的是电解槽技术,你说电堆干嘛?”

习薇:“那我现在就告诉你,我们公司的PEM电解槽核心技术又将上一个台阶,具体方案暂时保密,不过一些理论问题,我可以告诉你。”

顾晓晗不相信习薇有这个能耐去攻克电解槽技术门槛,她转头看向赵硕,赵硕正在专心盯着他的电脑屏幕,研究习薇的方案。

顾晓晗不怀好意地看着习薇笑:“你跟我说说PEM电解水制氢设备技术。可以吗?”

习薇:“在碱水制氢(AWE)、PEM制氢和SOEC制氢三大技术路线中,PEM制氢技术的运行电流密度高、能耗低、产氢压力高,适应可再生能源发电的波动性特征、易于与可再生能源消纳相结合,被认为是电解水制氢的适宜方案。

随着可再生能源制氢项目的增多,2021年国内电解水制氢设备需求出现井喷,PEM制氢进展迅速。中国船舶718所、中科院大化所、山东赛克赛斯、高成绿能、淳华氢能、深圳绿航等多家公司在PEM制氢设备方面的订单同比都有不同程度的增长。

PEM电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等,结构与燃料电池电堆类似,只是材料体系不同。

在PEM制氢设备市场机遇凸显的形势下,当前已有少数PEM燃料电池电堆企业开始入局研发PEM电解槽,膜电极及我们盛远的双极板也在跟进中。

PEM电解水与PEM燃料电池互为逆反应,前者是电解水制氢,后者是氢氧反应生成水。PEM电解槽的结构与PEM燃料电池电堆类似,但PEM电解槽的材料体系与电堆相比有很大的差别,要真正做好PEM电解槽产品不容易。

由于工作环境的差异,PEM电解槽对核心部件和材料耐久性和寿命的要求更高。要做好PEM电解槽,需要对催化剂和膜电极材料有较深的理解,并且需要做好电解槽的密封。

我这次的电解槽技术攻克方案其中就包括电解槽的密封技术。”

顾晓晗仍然不相信习薇会在这么短时间里设计出这么多技术方案来。

“我想知道电解槽的双极板技术领域方面有没有进展?”

习薇笑了笑:“双极板方面,在PEM电解槽阳极严苛的工作环境下,若双极板被腐蚀将会导致金属离子浸出,进而污染PEM,因此我们盛远对双极板的保护措施是在表面制备一层防腐涂层,其耐腐蚀要求比PEM燃料电池更高。

正因为技术难度大,在PEM电解槽市场需求明显提升的背景下,当前有研发跟进PEM电解槽及核心部件产品的也仅是个别头部电堆、膜电极及双极板企业,另外还有一些综合实力强的国企及上市公司也开始了针对PEM电解水制氢装备的技术研究与产业布局。

此外,光伏巨头之一阳光电源在2021年3月推出国内首款最大功率250kW的SEP50 PEM制氢电解槽。

该PEM制氢电解槽核心部件均为国产。为了配合市场需求,阳光电源已开始规划建设全自动化电解槽组装生产线。

上海电气电站集团也于2021年3月与中国科学院大连化学物理研究所揭牌成立PEM电解水制氢技术研发中心,签订了“兆瓦级模块化高效PEM电解水制氢装备及系统开发”项目合作协议。

长春氢能产业基地的先导项目为PEM电解制氢装备研发、制造项目;威孚高科也公开表示,公司将PEM电解水制氢系统业务规划纳入拟成立的氢能事业部业务范围。”

顾晓晗翘起二郎腿,一脸嘚瑟地说道:“你跟我说了这么多,无非就是想跟我们威尔康进一步的合作,这样吧!你给一个说服我跟你们合作的理由。”

“晓晗,你……”赵硕黑沉着脸。

习薇对赵硕摇摇头,示意他不要生气后,转身看着顾晓晗说:“2021年10月13日,燃料电池研发商氢风新能源宣布完成A+轮融资,本轮融资由IDG资本、临港智兆、北京京能、自贸股权基金、申能能创等共同投资。而在此之前,2020年2月,氢风获得Pre-A轮战略投资,由申能能创投资。

而在去年国庆长假期间,我们盛远宣布推出新型碳涂层金属极板产品,在极板成本降低40%-50%的同时,还将金属板燃料电池发动机预期寿命延长至2万小时以上。现在,新技术将会以年产百万片大规模量产能力的姿态,去触动整个氢燃料电池行业降本。

氢风、盛远都是从上交大实验室孵化出的创业公司,创始团队都源于上交大机械与动力工程学院。

氢风专注于大功率氢燃料电池电堆测试设备研发、生产、销售等,并为客户提供总体技术解决方案,主要应用于商用车、重卡领域。

经过近10年的持续研发,已累计开发了50 kW、80 kW、100kW和150kW级多代具有自主知识产权的车用燃料电池电堆,体积功率密度达到3.3 kW/L。

而我们的盛远是国内首家专业氢燃料电池金属双极板研发及制造的国家高新技术企业,公司于2016年成立,次年就获得中国汽车工业技术发明奖一等奖。2020年,凭借“两板三场”结构设计,获得上海市科学技术奖特等奖,之前已获临港科创一期、上汽创投的投资。

伴随着硬科技赛道火热,科学家创业已成为这个时代的潮流。

“氢”+“氧”产生水,这一简单的化学反应如何与能源结合,我们上交大的来教授已经研究了16年。氢风、盛远新能源的团队均是来教授的嫡传弟子。

氢风、盛远就是上交大科技成果转化的一个缩影。

“从1到10”的科技成果转化,再进入“从10到100”发展壮大阶段的历程,上交大氢能军团已开始加速前行。

发展氢能与燃料电池汽车已成为全球共识,而燃料电池正是这一辆辆未来汽车的“动力源”。

经过多年的研发,目前氢风车规级氢能燃料电池电堆已顺利量产,这些被称为氢能源车“心脏”的部件能应用在重型卡车上,其峰值功率达150千瓦,居行业领先水平。目前,氢风的车用燃料电池电堆,可应用于乘用车、公交车、重型卡车和船舶等不同场景。

目前,由于燃料电池系统中电堆、氢气系统等零部件较高的技术要求和用料成本,直接导致了氢车的售价普遍高于燃油车和电动新能源车。不过,在业内人士看来,未来随着持续的技术突破和批量生产,有望降低燃料电池系统的制造成本。氢风预计,未来3到5年,会持续保证至少每年20%的降幅。

我们中国要发展氢能,就要把关键核心技术牢牢握在中国人自己手中。

而此次我们盛远的突破意义在于,将数千小时产品寿命延长至2万小时以上,新型高端碳涂层技术一举迈过了金属极板电堆竞争力的最高门槛,同时还顺带把极板成本降低了一半,为实现弯道超车助了一把大力。

面对数十亿片规模的市场容量,盛远作为课题单位参与的科技部十三五重点研发计划《质子交换膜燃料电池专用极板基材开发》项目,是面向更未来的下一代金属板研发,这代产品会从基材改性入手,彻底抛弃涂层环节,未来的金属极板将不再需要涂层,专用基材的开发将真正助力实现燃料电池双极板面向未来的氢能制备需求。

目前,临港新片区明确将氢能列入“未来产业”,“十四五”期间建设了“国际氢能谷”,计划到2025年产业规模突破200亿元。”

习薇的话让顾晓晗再也找不到借口来反驳。

继续阅读:第154章 2022,我们依然高歌猛进

使用键盘快捷键的正确方式

请到手机上继续观看

氢装上阵

微信扫一扫打开爱奇艺小说APP随时看!