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怎样加快氢燃料电池车国产化进程:不依靠进口,破除零部件国产化难题

文章来源:能链整理  2018-05-15

标签:氢燃料电池车国产化

近年来,一些国家和主要汽车企业纷纷发布停售燃油汽车时间表,新能源汽车成为未来发展的主要趋势。相对纯电动汽车而言,效率更高、更节能环保的氢燃料电池汽车,被一些国家和企业认为是未来新能源汽车发展的方向。

本月11日,国务院总理李克强在日本首相安倍晋三陪同下,参观考察了位于北海道苫小牧市的丰田汽车公司相关零部件工厂。李克强总理参观的其中一个项目就是,丰田的氢燃料电池车“MIRAI”。

数据统计,自2013年氢燃料电池车商业化到2017年底,全球总计售出6475辆氢燃料电池乘用车,其中丰田销量占比超过75%,丰田在氢燃料电池乘用车一枝独秀。

我国氢燃料电池车目前则在商用车领域率先落地。去年,东风、福田、宇通等8家车企共生产1272辆氢燃料电池商用车。但是这1272辆氢燃料电池商用车的催化剂大部分都是进口的,膜电极几乎是全部进口。

目前,国内燃料电池关键材料及零部件的国产化进程正在慢慢进行中,其中清华大学核能与新能源技术研究院与武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司成立的燃料电池工程技术中心历时两年,攻克了燃料电池催化剂量产技术,以及膜电极、双极板等关键材料的研发和工艺制备。

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。

除上述情况外,国内南海燃料电池关键材料及零部件的国产化进程也在加快。

近年来南海将培育发展氢能和燃料电池技术提高到战略性新兴产业的高度,并于2015年提出将南海区打造成国内领先的氢燃料电池汽车核心部件研发生产基地。

去年,南海出台了全省首个专门针对新能源汽车产业发展的扶持政策,对在南海区从事新能源汽车(含氢能)产业的企业给予扶持。今年4月份,南海又出台了《佛山市南海区促进加氢站建设运营及氢能源车辆运行扶持办法(暂行)》,这是目前全国各地区对加氢站建设补贴力度最大的扶持办法。

在平台搭建层面,南海打造了燃料电池及氢源技术国家工程中心华南中心、自润滑流动动力机械技术国家地方联合工程研究中心等多个氢燃料电池产业研发平台,促进研发平台不断高端化。今年4月1日,佛山绿色发展创新研究院也在南海正式揭牌,将重点建设包括“新能源产业服务”在内的五大绿色发展平台,促进佛山市及南海区装备制造业绿色转型升级。

在基地建设层面,在丹灶镇规划了面积8200亩的新能源汽车产业基地,承接新能源汽车和氢能产业发展,其中一期900亩已基本建设完毕,引入了广顺新能源、广东泰罗斯等企业,研发生产新能源汽车关键零部件、压气机、氢气循环泵以及氢燃料电池动力系统总成等核心部件,该基地已被广东省政府列为广东省战略性新兴产业区域集聚发展试点区之一,于2014年被省政府认定为广东省第二批战略性新兴产业基地。值得一提的是,位于基地内的瑞晖加氢站已于2017年9月7日正式投入运营,这是全国首个商业化审批运营的加氢站,开创了全国商业化加氢站的先河。

此外,5月8日,广东省佛山市南海区政府和爱德曼氢能源装备有限公司正式签订项目投资协议。该项目选址于南海区丹灶镇,将建成氢燃料电池及动力总成生产基地,计划投资30亿元,年产能8万套氢燃料电池,分三期推进,其中首期项目将于今年投产,全部项目达产后,预计年产值200亿元以上。

 

目前,南海的氢能产业涵盖了从富氢材料及制氢设备研制、制氢、加氢到氢燃料电池核心部件、动力总成和整车生产等环节。未来,南海将依托现有汽车产业基础,以技术创新、推广应用为重点,发展新能源汽车尤其是氢燃料电池汽车的相关项目为核心,致力成为整车及动力电池、驱动电机、电控等关键零部件全方位发展的新能源汽车及氢能产业基地。

随着国家相关政策推动与扶植,目前中国在氢燃料电池各关键材料领域已初步形成产业链,但技术成熟度差距较大。“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。而发展氢燃料电池汽车一定不能技术空心化,要把产业做实。但是进口导致高成本,成本不下降,就无法实现产业规模化。

因此,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,才能使氢燃料电池汽车大众化与亲民化。

此外,氢燃料电池车的商业化还面临诸多考验,如加氢站等基础设施的建设、氢气的储藏与运输等问题,都制约着氢燃料电池汽车的商业化和市场普及。

因此,中短期内,燃料电池更适用于一些特定场景的商用车市场,比如物流车、通勤车、公务用车等。目前,我国正在运营的加氢站只有十几座,主要分布在北京、上海、广东等地。并且,加氢站的投资建设成本极高,一座中型加氢站至少需要投资上千万元。这需要政府对加氢站建设提供重要支持,对此各地方政府已经出台系列补贴措施。

此外,高补贴正成为氢燃料电池车商业化的重要推手。然而,尽管我国燃料电池汽车已经率先在商用车落地,乘用车推广仍需更长时间。市场对于氢燃料电池车需求已经明朗化,但规模化量产至少还需要五年。

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