9月22日，由中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)、國(guó)際氫能委員會(huì)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(huì)”在山東濟(jì)南隆重舉行。本次會(huì)議國(guó)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(fù)責(zé)人、專家學(xué)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(huì)以“中國(guó)氫燃料電池汽車商業(yè)化進(jìn)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(zhǎng)歐陽(yáng)洵發(fā)表了“電堆核心材料及關(guān)鍵工藝的國(guó)產(chǎn)化實(shí)現(xiàn)”的主題演講。
歐陽(yáng)洵表示，根據(jù)美國(guó)DOE的測(cè)算，燃料電池達(dá)到商業(yè)化的水平，2020年是40美元每千瓦。這個(gè)成本目標(biāo)依據(jù)是50萬(wàn)輛車的量產(chǎn)水平，目前實(shí)際業(yè)內(nèi)成本水平距離這個(gè)目標(biāo)還有相當(dāng)大的距離，如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，除了通過(guò)批量生產(chǎn)下降成本，我們必須在技術(shù)工藝及材料，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化多方面下功夫。
在演講中，歐陽(yáng)洵重點(diǎn)分享了氫璞在電堆材料和關(guān)鍵工藝國(guó)產(chǎn)化的一些心得。
以下摘自歐陽(yáng)洵演講實(shí)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(shè)計(jì)和驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)。我們參與了燃料電池相關(guān)20多項(xiàng)國(guó)標(biāo)的制訂。氫璞現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)有四個(gè)基地：北京、揚(yáng)州、德州、東莞。北京是研發(fā)及營(yíng)銷中心；揚(yáng)州是開(kāi)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(jìn)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(dòng)化產(chǎn)線應(yīng)該是國(guó)內(nèi)第一條具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電堆產(chǎn)線，這個(gè)產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)，我們投入了大量精力，進(jìn)一步提高產(chǎn)線的成本，目前精細(xì)化程度超過(guò)90%。氫璞在揚(yáng)州工廠內(nèi)具備十分完善的測(cè)試條件，我們可以從小樣到大電堆140千瓦的壽命測(cè)試、高低溫測(cè)試等。氫璞產(chǎn)品功率密度超過(guò)2.0千瓦每升。在性能參數(shù)以及成本上都屬于國(guó)際領(lǐng)先水平。
下面分享氫璞在電堆材料和關(guān)鍵工藝國(guó)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(guó)DOE的測(cè)算，燃料電池達(dá)到商業(yè)化的水平，2020年是40美元每千瓦。這個(gè)成本目標(biāo)依據(jù)是50萬(wàn)輛車的量產(chǎn)水平，目前實(shí)際業(yè)內(nèi)成本水平距離這個(gè)目標(biāo)還有相當(dāng)大的距離，如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，除了通過(guò)批量生產(chǎn)下降成本，我們必須在技術(shù)工藝及材料，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化多方面下功夫。從本質(zhì)上看，需要達(dá)到以上成本目標(biāo)首先就是材料體系要十分合理，如果材料自身沒(méi)法滿足自身需求，材料是不可取的。
其次，材料要實(shí)現(xiàn)自主，一方面要考慮到國(guó)際貿(mào)易的風(fēng)險(xiǎn)，再就是材料自動(dòng)化大批量生產(chǎn)時(shí)必須要實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
最后是產(chǎn)品設(shè)計(jì)要合理。這幾方面環(huán)環(huán)相扣，互為影響。
在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)，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(yīng)商的集成需求。我們分三個(gè)層次完成電堆的研發(fā)，第一個(gè)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(shè)計(jì)和工藝開(kāi)發(fā)，這個(gè)層次的工作量是最大的，涉及大量基礎(chǔ)材料的評(píng)估，設(shè)計(jì)極板的分布，還有單片電池和電堆反復(fù)的模擬和推測(cè)。
第二個(gè)層次是電堆的單板，封裝，這個(gè)涉及到是否可以發(fā)揮極板的最大性能，也對(duì)電堆可靠性、壽命影響最大。
第三個(gè)層次完成各種測(cè)試，這里包括短堆和整堆的測(cè)試、壽命測(cè)試、零下測(cè)試等，這個(gè)測(cè)試確定了電堆設(shè)計(jì)需求并且反饋前兩個(gè)層面的缺陷問(wèn)題，一款電堆的研發(fā)往往需要幾個(gè)層面的反復(fù)工作才能完成，對(duì)產(chǎn)品研發(fā)和開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)耐力和專業(yè)能力是極大的考驗(yàn)。
極板是我們需要關(guān)注的材料和工藝要點(diǎn)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(gè)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(qiáng)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(duì)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(duì)模壓機(jī)和模壓工藝花了大量時(shí)間研究，最終開(kāi)發(fā)出來(lái)一個(gè)能夠服務(wù)我們的工藝流程：材料配置方面，對(duì)材料進(jìn)行稱重，再是壓機(jī)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(shí)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(dǎo)率、導(dǎo)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(duì)模壓工藝進(jìn)行細(xì)致研究，通過(guò)對(duì)材料壓制的溫度，后處理的方式，對(duì)壓制極板進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，這個(gè)測(cè)試過(guò)程比較繁瑣。
極板和模具的設(shè)計(jì)方面。極板設(shè)計(jì)不僅要考慮流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，密封結(jié)構(gòu)進(jìn)出口、應(yīng)力分布、氣體分布等，以及極板設(shè)計(jì)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(duì)極板模具要求極高。我們發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上不管國(guó)內(nèi)國(guó)外，只有極少模具材料能滿足剛性、強(qiáng)度的要求。對(duì)大部分的模具廠家都是挑戰(zhàn)。我們也是經(jīng)過(guò)很多摸索以及跟不同供應(yīng)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(kāi)始做的各項(xiàng)的參數(shù)要求。
簡(jiǎn)單介紹一下我們幾款主要的產(chǎn)品，氫璞的T、F系列的復(fù)合板電堆，在外尺寸設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。最大電流密度達(dá)到兩安培每平方米。電堆額定功率達(dá)到47千瓦，最大功率55千瓦，工作壓力可以到兩個(gè)半，但是也可以在低壓、中壓下運(yùn)行。最大功率密度超過(guò)2kW/L，壽命可以滿足1.5萬(wàn)小時(shí)的運(yùn)行需求。
氫璞X有大量投入，剛才提到我們?cè)诿绹?guó)有前瞻的開(kāi)發(fā)室，也是做這樣的工作。目前我們和國(guó)內(nèi)有兩個(gè)主機(jī)廠還有系統(tǒng)廠家展開(kāi)合作。明年上半年有一款車進(jìn)入公告階段，這款電堆實(shí)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(shí)，2020年目標(biāo)是8000小時(shí)，目前通過(guò)反復(fù)對(duì)比，我們正在和國(guó)內(nèi)上下游合作伙伴一起合作，為未來(lái)能到達(dá)大批量的生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。
最后是氫璞的一些實(shí)際應(yīng)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(yùn)營(yíng)就在山東德州，預(yù)計(jì)年底達(dá)到50萬(wàn)公里，運(yùn)行車輛達(dá)到50輛，明年在山東德州超過(guò)100輛。
目前日本、韓國(guó)、加拿大等國(guó)家在電堆設(shè)計(jì)、材料上先行一步或者兩步，中國(guó)是燃料電池領(lǐng)域重要的舞臺(tái)，作為中國(guó)公司做燃料電池產(chǎn)品，核心材料和關(guān)鍵工藝都必須實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，才能真正具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和將來(lái)具備大范圍推廣的潛力，這些工作需要長(zhǎng)期不懈的投入，從短時(shí)間看還是風(fēng)險(xiǎn)很高，收益比較低。
氫璞成立九年來(lái)，努力和同行一起深耕，我們希望更多同仁可以認(rèn)同我們的理念，一起突破，鋪平未來(lái)氫燃料電池的道路。
