破除零部件国产化难题 氢燃料电池领域或将再度提速

汽车行业经历动力转型变革的当下，锂离子动力电池和燃料电池领域，相关技术的正向研发正呈现前所未有的井喷之象。

由此，在雄厚的产业化基础下，我国锂离子动力电池技术发展迅猛，2017年，在全球动力电池销量前十中，7家来自中国电池企业进榜。

令人欣喜的是，相比略显平静的氢燃料电池领域，似乎也将迎来又一轮技术提速。

例如，几日前，国务院**在日本首相安倍晋三陪同下，参观考察了丰田汽车北海道厂区，氢燃料电池汽车是参观项目之一。此外，在诸多政策中，燃料电池也被列为重点关注的技术路线。2016年5月，中共中央、国务院印发《国家创新驱动发展战略纲要》，表示要“开发氢能、燃料电池等新一代能源技术。”而在2018年，新能源汽车补贴加速退坡的情况下，中国将继续保持燃料电池汽车补贴不变。

基于政策起效，中国的氢燃料电池汽车市场开始逐渐活跃，更多的企业以及资本愿意进入这一领域。

尽管政府大力鼓励与支持，在发展氢燃料电池汽车的过程中，但还是遇到了一系列的问题：例如氢气来源、储存、运输、加注等技术匮乏，以及燃料电池电堆、电池系统外围零部件缺乏等等状况。

“关键问题还是燃料电池电堆高成本问题，其核心还是氢燃料电池的关键零部件的知识产权及国产化问题。”

武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司（以下简称：喜玛拉雅）总工程师谢金水认为，从全球来看，氢燃料电池和关键零部件被少数发达国家掌握和垄断，目前在我国装车的氢燃料电池汽车中，大多采用国外电堆和技术，其比例估计达到70%以上。只有鼓励燃料电池零部件完全国产化，减少对进口的依赖，进一步降低燃料电池发动机的成本，使燃料电池汽车达到或接近燃油车的成本，这才能进一步促使氢燃料电池汽车的亲民化落地。

而在核心零部件上，氢燃料电池的膜电极技术，包括电解质薄膜和催化剂技术的自主研发，将是打破国外垄断的重点领域。

围绕上述关键零部件，以喜玛拉雅为首的诸多技术公司，正在加快该领域的研发工作，例如其早于2015年已携手清华大学于湖北咸宁市建立了氢燃料电池产业化基地，目前已孵化出诸多成果，并斩获了17项专利。

首先，催化剂方面，喜玛拉雅研制出一系列不同质量分数的Pt/c催化剂，这囊括了40wt%，50wt%，60wt%，70wt%等不同数值。采用连续微波的工艺路线，让产品电化学活性面积达到90m2/g，同时，日产10公斤/天的能力，将成本大幅降低到了同类进口产品的一半。

此外，双极板领域，其采用石墨粉做导电骨料，并通过采用模压方式生产，在保证该部件产品一致性的同时，延长使用，这也让生产成本比进口的同类零部件降低了80%。

作为燃料电池多相物质传输和电化学反应的场所，膜电极决定了燃料电池的性能、寿命、成本，喜玛拉雅在该领域，利用石墨烯优异的导电性和导热性，喷涂在CCM与GDL之间，这不仅增加膜电极的导电性，并加快向外传递热量的速度，以利于成型后电堆的热管理。采用这种“热定型”膜电极制备方法，一体化封装成型，在提高功率密度的同时，也让制造成本相应降低。

正因在催化剂、膜电极、双极板等关键零部件的生产技术和工艺具备自主知识产权，喜玛拉雅电堆模块可快速灵活地配置燃料电池，适应不同的功率需求、不同的电压平台，功率实现1KW到100KW全覆盖，电堆质量密度达到了1.39KW/Kg，体积密度达到1.86KW/L。此外，在流场设计中采用了“稳压”流场技术，这也改良了气场流态，让各单电池的进口流量均匀；石墨烯的加入，使得电堆的水、热管理变得相对容易迅速，有利于燃料电池系统的适时控制。

而为满足不同用车情境下，提高燃料电池的适应能力，喜玛拉雅针对应低温、高海拔等恶劣环境条件，也提供了更具针对性的解决方案。

在电堆设计中，喜玛拉雅采取了具备低温-40°C存储，-20°C启动的措施，在控制系统中集成了加热组件，提高了燃料电池系统的低温启动速度。同时，针对高海拔地区缺氧问题，该系统中增设了检测环境绝对压力的传感器，根据压力推测空气中的含氧量，自动调节空气供给比，满足不同功率下的氧气需求量，将空压机的功耗控制在合理的范围，减少了BOP的能耗。

目前，该技术已在燃料电池公交车上搭载运营，产品由喜玛拉雅、中植汽车合作开发，电机额定功率135KW，配置50Kwh锂电池，燃料电池上，输出功率36Kw，续航里程达到500km。而两种动力路线的共同作用，在车辆产品运行过程中，提高了能量的利用效率。

譬如，能量分配上，燃料电池作为车辆行驶的主动力，在上坡、加速等加力情况下，锂电池提供额外的功率补充；在下坡、减速、刹车等情况下，燃料电池输出的功率大于电机消耗的功率，多余的能量用于给锂电池充电。

基于氢燃料电池关键材料及零部件的国产化，相比进口同类产品，武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司自主研发产品成本降低50%-80%，且部分零部件的质量和性能已具领先优势。去年5月，已建成年生产1000台燃料电池电堆生产线，今年年产能力将达12000台。

无疑，随着喜玛拉雅等诸多技术企业的研发落地，这不仅将彻底打破少数国家的长期垄断，也为燃料电池领域的再度提速奠定良好基础。

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