發(fā)布第一代金屬雙極板燃料電池電堆 驥翀氫能助力氫燃料汽車落地

近日，氫燃料電池電堆解決方案供應(yīng)商驥翀氫能，對(duì)外發(fā)布了一款將用于氫燃料汽車的金屬雙極板燃料電池電堆產(chǎn)品——MH170，作為“MH”系列第一代產(chǎn)品，MH170采用了國(guó)際主流的金屬雙極板技術(shù)路線，具有比功率密度高、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、低溫自啟動(dòng)能力強(qiáng)、量產(chǎn)工藝工序少易于批產(chǎn)、量產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，可以滿足大巴、物流車、中重卡車、特專車和乘用車等不同車型的需求。

驥翀氫能第一代燃料電池金屬雙極板電堆產(chǎn)品——MH170

據(jù)驥翀氫能CEO付宇介紹，目前，市場(chǎng)上對(duì)氫燃料汽車最大的需求點(diǎn)仍然來(lái)自于產(chǎn)品性能和價(jià)格。因此，本次產(chǎn)品的定位是：國(guó)內(nèi)一流金屬板電堆，性能滿足補(bǔ)貼要求、壽命領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、成本優(yōu)勢(shì)顯著。

從能源危機(jī)到“低碳生活”，優(yōu)質(zhì)能源氫燃料的商業(yè)化啟程

1965年，美國(guó)科學(xué)家首次將氫燃料電池應(yīng)用在了汽車上，自此為產(chǎn)業(yè)最初的研究計(jì)算起，人類已經(jīng)在氫燃料汽車領(lǐng)域探索了半個(gè)多世紀(jì)；2013年，隨著全球范圍內(nèi)一些車企的研發(fā)成果陸續(xù)上市，氫燃料電池汽車正式開始了其“商業(yè)化進(jìn)程”。

同期，為了緩解能源危機(jī)、減少環(huán)境污染，同時(shí)調(diào)整經(jīng)濟(jì)模式、搶占全球發(fā)展機(jī)遇，中國(guó)也在大力發(fā)展新能源汽車，目前主要以電動(dòng)車和氫燃料電池車為主。多個(gè)地方政府明確發(fā)布了相應(yīng)補(bǔ)貼政策，同時(shí)在市場(chǎng)銷售、公共服務(wù)、政府采購(gòu)、特種用車上，規(guī)定必須有一定比例的新能源汽車。

過(guò)去幾年我國(guó)主要在走鋰電的路線，但是鋰電存在的巡航里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)、電池載重量小、環(huán)境適應(yīng)性差等問(wèn)題仍沒(méi)有得到很好的解決。這些問(wèn)題上，氫電池則為新能源路線上起到了很好的補(bǔ)充作用。

舉個(gè)例子，主流來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)車?yán)m(xù)航約200km，氫燃料車約350km，且可隨儲(chǔ)氫壓力的提升進(jìn)一步提升續(xù)駛里程；純電動(dòng)車充電需要半小時(shí)以上，而氫燃料車僅需要3－5分鐘；純電動(dòng)車0度以下動(dòng)力大幅度衰減，40度以上高溫時(shí)電池續(xù)航受到很大影響，而氫燃料車在－30°－40環(huán)境范圍內(nèi)都能正常使用?？梢哉f(shuō)，氫能源不僅是全球能源與環(huán)境危機(jī)的理想解決方案，更是我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要戰(zhàn)略方向。

長(zhǎng)期面臨電堆發(fā)展瓶頸，高壁壘行業(yè)如何走國(guó)產(chǎn)化道路？

作為氫燃料電池的核心部件，電堆是中國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，乃至氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵因素，幾乎決定了整車的成本、性能和技術(shù)含量。電堆產(chǎn)品雖然看著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但整個(gè)電堆包括了氫與氧的氣體傳質(zhì)、質(zhì)子和電子傳導(dǎo)、液態(tài)水的管理、熱傳導(dǎo)、力傳遞等多因素的耦合，產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)難度大。

因此，必須將電堆作為一個(gè)整體進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，使各個(gè)反應(yīng)要素在全工況下都能夠正常工作，從而保證整個(gè)電堆的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，而不是雙極板和膜電極等電堆組件的簡(jiǎn)單堆疊。這對(duì)以“組裝”技術(shù)擅長(zhǎng)的中國(guó)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

氫燃料電池電堆結(jié)構(gòu)圖

據(jù)了解，當(dāng)前在電堆的研發(fā)和產(chǎn)出上，由于技術(shù)的高壁壘和高投入，全球僅有少數(shù)大型車企和相關(guān)科研院所的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)有專業(yè)電堆的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)能力。而其他大多屬于“拿來(lái)主義”，以集成和仿制為主；同時(shí)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)都很匱乏，目前能提供成熟金屬板電堆工藝開發(fā)和設(shè)備的供應(yīng)商少之又少；且國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品尚未完全得到市場(chǎng)認(rèn)證，短期難以大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化替代。

此外，即使對(duì)于有錢的車企來(lái)說(shuō)，也面臨核心技術(shù)買不到，同時(shí)具有頂尖工藝的產(chǎn)線，數(shù)量有限且成本高昂。

高性能＋低成本：攻破金屬雙極板技術(shù) 改善工藝工序助力量產(chǎn)

作為一支在氫燃料電池研發(fā)行業(yè)從業(yè)二十余年的隊(duì)伍，驥翀氫能核心團(tuán)隊(duì)是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多“完整經(jīng)歷了車用電堆產(chǎn)品基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化和國(guó)際合作”的工程化團(tuán)隊(duì)之一。創(chuàng)始人付宇自2001年以來(lái)先后在中科院大連化學(xué)物理研究所、新源動(dòng)力暨燃料電池及氫源技術(shù)國(guó)家工程研究中心、愛德曼和上海重塑，20年來(lái)持之以恒從事電堆開發(fā)工作，有著非常深厚和豐富的技術(shù)積累與工程化經(jīng)驗(yàn)。

驥翀氫能CEO付宇博士

依托以上資源，驥翀氫能本次發(fā)布產(chǎn)品MH170，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是全國(guó)產(chǎn)化的大功率車用金屬板電堆，可以說(shuō)對(duì)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)電堆進(jìn)口替代起到了非常重要的作用。

目前，在國(guó)際上，雙極板技術(shù)主要有石墨雙極板技術(shù)和金屬雙極板技術(shù)。其中，石墨雙極板由于在商用車領(lǐng)域驗(yàn)證充分，在產(chǎn)業(yè)化初期占據(jù)主要的市場(chǎng)份額，被大規(guī)模應(yīng)用。而具有質(zhì)量輕體積小、熱容小、阻氣性好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、量產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單、工序少等優(yōu)勢(shì)的金屬雙極板，卻限制于貴金屬涂層的材料和工藝技術(shù)，應(yīng)用較少。2019年國(guó)內(nèi)金屬板電堆功率出貨量增長(zhǎng)510．36％，但僅占到了全年燃料電池功率出貨量的9％。

考慮到車輛空間限制和批量制造便利性因素，金屬雙極板被國(guó)內(nèi)外車企寄予了厚望?！笆p極板將逐步被金屬雙極板所取代”更是熱議話題。目前包括豐田、本田等國(guó)際一流車企都尚未完全攻克金屬板高耐蝕導(dǎo)電的低成本量產(chǎn)技術(shù)，受此影響，金屬雙極板的市場(chǎng)份額有限，國(guó)產(chǎn)化程度更是極低。MH170采用了戰(zhàn)略合作伙伴常州翊邁的第四代超高耐蝕導(dǎo)電非貴金屬涂層技術(shù)，成功解決了金屬雙極板壽命這一行業(yè)技術(shù)難題。

得益于金屬板設(shè)計(jì)，MH170的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和低溫自啟動(dòng)能力有著非常優(yōu)秀的數(shù)據(jù)，在保證了車用環(huán)境下的可靠性、電池壽命長(zhǎng)的同時(shí)，達(dá)到了－25～－30℃低溫?zé)o輔助自啟動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)、降低了下游成本。此外，還將石墨雙極板8－10道的工藝工序減少到了僅有薄板成型、激光焊接和表面涂層3道工序，且均為成熟量產(chǎn)機(jī)械加工工藝，適于汽車行業(yè)批產(chǎn)和品控。

在最重要的性能上，對(duì)比目前市場(chǎng)上石墨板電堆的體積比功率在2kW／L以下，國(guó)產(chǎn)金屬板電堆的體積比功率在2．5－2．8kW／L，國(guó)際主流車企的電堆為3．1kW／L。MH170第一代產(chǎn)品的比功率密電堆達(dá)到3．2 kW／L，在研的下一代電堆可達(dá)4．3 kW／L。

MH170 燃料電池金屬雙極板電堆的基本參數(shù)和操作條件

同時(shí)，在單堆功率上，目前市場(chǎng)主流需求為燃料電池系統(tǒng)輸出60kW，相應(yīng)電堆需滿足70kW以上凈輸出?；诖?，MH170第一代產(chǎn)品功率設(shè)定為280節(jié)75kW，也可根據(jù)需求拓展至370節(jié)，屆時(shí)單堆功率可達(dá)100kW以上。在研的下一代電堆單堆功率預(yù)計(jì)可超過(guò)130kW，可以滿足目前絕大多數(shù)燃料電池系統(tǒng)的功率需求。

另外，驥翀氫能進(jìn)行了成體系的自主研發(fā)，結(jié)合產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)，大幅降低了產(chǎn)品的研發(fā)成本。且由于電堆比功率密度高，達(dá)到同樣功率可以減少材料用量，而且電堆裝配和雙極板生產(chǎn)都在內(nèi)部完成，材料成本也極具優(yōu)勢(shì)。因此，該產(chǎn)品電堆產(chǎn)品較競(jìng)品的成本優(yōu)勢(shì)明顯，未來(lái)每一代電堆成本較上一代可進(jìn)一步降低30％－50％。

MH170：合作燃料電池系統(tǒng)頭部企業(yè) 落地不同車型多種需求

作為驥翀氫能的第一代產(chǎn)品，MH170目前已和業(yè)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)頭部企業(yè)達(dá)成合作協(xié)議，將用于大巴、物流車、重型卡車、特專車（垃圾車、清掃車）等，其中，重型卡車和特種車輛為客戶首次應(yīng)用。載重方面，可滿足12噸左右的輕型重卡，未來(lái)可達(dá)20噸，滿足主流需求。此外，與數(shù)家車企及系統(tǒng)集成商的合作也在洽談中。

付宇認(rèn)為，本次發(fā)布的M170第一代產(chǎn)品，充分驗(yàn)證了公司的電堆工程化設(shè)計(jì)能力、對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈資源的把控、以及生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制能力。從產(chǎn)品來(lái)看，對(duì)比數(shù)據(jù)后，無(wú)論是性能、壽命、可靠性還是成本等因素上，均做到了一定的改善；從企業(yè)發(fā)展來(lái)看，產(chǎn)品的發(fā)布使公司與系統(tǒng)商形成合力，加速對(duì)產(chǎn)品的迭代和研發(fā)，對(duì)公司長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)步的發(fā)展起到非常重要的作用；從行業(yè)來(lái)看，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)自主開發(fā)和替代進(jìn)口產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)。

在產(chǎn)品規(guī)劃上，隨著第一代產(chǎn)品的交付應(yīng)用，驥翀氫能計(jì)劃于2個(gè)月后上市升級(jí)版電堆產(chǎn)品，單位面積的功率密度將從0．9W／cm2提升到1．2W／cm2，單堆最大輸出功率從100kW提升到130kW以上。未來(lái)第二代產(chǎn)品將進(jìn)一步提升到1．5W／cm2，單堆最大輸出功率提升到160kW以上。