鴻基創(chuàng)能膜電極“挑大梁”
來源： 高工氫電 2020-09-23
膜電極作為燃料電池“芯片”，技術(shù)門檻極高，國內(nèi)膜電極主要市場份額多年來一直被國際企業(yè)所占據(jù)。國產(chǎn)自主膜電極技術(shù)突破，對燃料電池行業(yè)發(fā)展及國家氫能戰(zhàn)略意義重大。
這就是為什么，在昨天（即9月21日）五部委正式發(fā)布的《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》中，“以獎代補(bǔ)”方案細(xì)則明確采用積分制獎勵模式，除給整車積分補(bǔ)貼外，還特別針對膜電極等核心材料積分標(biāo)準(zhǔn)給予了規(guī)定，旨在鼓勵核心材料自主技術(shù)提升。
方案細(xì)則中，還有很關(guān)鍵的一點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)資源優(yōu)化配置，鼓勵城市集群發(fā)展。示范城市群要聚焦技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)核心材料、關(guān)鍵部件和整車產(chǎn)品研發(fā)突破及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。申報示范城市群則是選擇產(chǎn)業(yè)鏈上優(yōu)秀企業(yè)所在城市進(jìn)行聯(lián)合。可見擁有核心自主技術(shù)的優(yōu)秀企業(yè)在申報示范城市群中的重要性。
在這一政策形勢下，已培育擁有關(guān)鍵核心技術(shù)企業(yè)的地方政府占據(jù)著先發(fā)優(yōu)勢。事實(shí)上，“先知先覺”的廣州市早在2017年底就引進(jìn)了鴻基創(chuàng)能科技（廣州）有限公司（下稱“鴻基創(chuàng)能”），該公司團(tuán)隊在膜電極領(lǐng)域技術(shù)積累與產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)深厚，經(jīng)過短短兩年多時間，在技術(shù)創(chuàng)新、精益規(guī)模化制造及商業(yè)化應(yīng)用等方面取得了顯著成績，引領(lǐng)國內(nèi)自主膜電極發(fā)展方向。
鴻基創(chuàng)能因此為廣州乃至粵港澳大灣區(qū)城市群申報氫能示范城市創(chuàng)造了有利條件。當(dāng)前廣州市正以鴻基創(chuàng)能重要紐帶，全力推進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，打造國際一流的氫能產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)。廣州市又是粵港澳大灣區(qū)核心城市，卓有成效地帶動著整個大灣區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
被廣州市當(dāng)作“種子選手”培養(yǎng)，為整個大灣區(qū)申請氫能示范城市群創(chuàng)造有利條件，并不負(fù)所望地在我國膜電極國產(chǎn)化進(jìn)程中扮演重要角色，鴻基創(chuàng)能究竟有哪些過人之處可供同行借鑒？
技術(shù)創(chuàng)新，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)前沿
現(xiàn)階段中國燃料電池處于發(fā)展初期，各個環(huán)節(jié)工藝不成熟，具備實(shí)際產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)的人才極度匱乏，專注于核心材料膜電極研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)也并不多，膜電極主流市場被外資企業(yè)占據(jù)。在國內(nèi)整體市場有待開發(fā)的背景下，國產(chǎn)膜電極仍以噴涂、熱壓轉(zhuǎn)印等技術(shù)路線小批量生產(chǎn)應(yīng)用偏多。
國產(chǎn)膜電極大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，需要克服人才緊缺、技術(shù)路線突破等多重障礙。鑒于膜電極是燃料電池的核心，在燃料電池電堆成本中占據(jù)著比較高的比例，膜電極的產(chǎn)業(yè)化也有利于解決當(dāng)前燃料電池極其昂貴的“詬病”。在一片弱基礎(chǔ)的土壤上，國內(nèi)膜電極行業(yè)急需要產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)深厚的團(tuán)隊來改善“貧瘠”的現(xiàn)狀。
為此，鴻基創(chuàng)能組建了一支“實(shí)戰(zhàn)”型團(tuán)隊：公司核心技術(shù)團(tuán)隊以加拿大國家工程院院士葉思宇院士為帶頭人，由多名北美及國內(nèi)的燃料電池專家組成，整個團(tuán)隊的技術(shù)專長覆蓋了催化劑、質(zhì)子交換膜、膜電極生產(chǎn)和封裝、膜電極測試、燃料電池電堆測試等領(lǐng)域，共申請（含已授權(quán)）國內(nèi)外專利100余篇，在國外核心期刊發(fā)表文章200余篇。
憑借雄厚人才團(tuán)隊及20多年的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，鴻基創(chuàng)能不斷地引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新：
（1）開發(fā)了CCM陰陽極雙面直接涂布技術(shù)和膜電極一體成型技術(shù)，正在成為燃料電池行業(yè)膜電極涂布工藝的主流方向；（2）共同研發(fā)應(yīng)用了國際上最先進(jìn)的卷對卷雙面直涂技術(shù)，完成CCM的大規(guī)模生產(chǎn)；（3）研發(fā)運(yùn)用膜電極自動化快速封裝技術(shù)，大規(guī)模提升膜電極產(chǎn)能；（4）通過優(yōu)化漿料及涂布工藝，有效控制CCM表面缺陷，確保產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)的良品率、質(zhì)量及使用穩(wěn)定性，并達(dá)到降低成本的效果。
鴻基創(chuàng)能CCM及膜電極
鴻基創(chuàng)能通過提高量產(chǎn)能力和效率，已實(shí)現(xiàn)了膜電極“高質(zhì)低本”制造。秉持一貫創(chuàng)新精神，公司將于2021年Q1推出單邊框膜電極產(chǎn)品，將會徹底更新國內(nèi)主流的雙邊框設(shè)立理念，更便宜、更快速、無缺陷。同時，公司正在研究的低鉑催化劑也將成為今后市場的方向。
作為國內(nèi)自主膜電極產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)先企業(yè)，鴻基創(chuàng)能不僅代表自身代表廣東省，更背負(fù)了推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程的重任。目前以葉思宇院士領(lǐng)銜的技術(shù)團(tuán)隊與相關(guān)合作伙伴，已申報入選多項(xiàng)國家、省重點(diǎn)科研項(xiàng)目，在氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域起著為國家科技攻關(guān)的關(guān)鍵作用。
其中，國家級項(xiàng)目2項(xiàng)：（1）在國家重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)中“車用燃料電池催化劑批量制備技術(shù)”課題完成答辯，基本確定入選；（2）以“高性能長壽命燃料電池研發(fā)及在氫能重載車輛示范應(yīng)用”項(xiàng)目入選國家能源局“科技助力經(jīng)濟(jì)2020”重點(diǎn)專項(xiàng)十大項(xiàng)目之一。
省級項(xiàng)目3項(xiàng)：（1）于2019年成功入選“珠江人才計劃創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊”和“珠江人才計劃杰出人才”；（2）以“車用高功率長壽命燃料電池堆工程化制備技術(shù)研究”項(xiàng)目入選2018年廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項(xiàng)目；（3）以“高功率密度氫燃料電池動力系統(tǒng)集成”項(xiàng)目入選2019年東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項(xiàng)目。
鴻基創(chuàng)能還牽頭申報了廣州市2020年金屬板電堆及膜電極產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，已經(jīng)完成預(yù)申報。
精益制造，助力氫能產(chǎn)業(yè)示范
得益于團(tuán)隊深厚技術(shù)積累與科研前瞻性眼光，鴻基創(chuàng)能不僅實(shí)現(xiàn)了膜電極的產(chǎn)業(yè)化，還在精益制造上走在國內(nèi)領(lǐng)先地位，目前CCM日產(chǎn)能達(dá)1000㎡，膜電極成品日產(chǎn)能達(dá)到2000片以上，在高量產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，CCM良品率達(dá)到了99.9%，MEA也將近99%。
具體來看，鴻基創(chuàng)能自主化CCM和膜電極產(chǎn)品具有以下五大優(yōu)勢：
（1）低鉑金載量催化劑。制約燃料電池廣泛商業(yè)化的一個重要因素是成本，而鉑金催化劑在整體成本中占有很高的比重。目前鴻基創(chuàng)能第一代產(chǎn)品HyKey1.0的鉑金載量為0.45mg/cm2，正在開發(fā)的第二代產(chǎn)品Hykey2.0為0.35mg/cm2。
（2）連續(xù)化生產(chǎn)工藝。鴻基創(chuàng)能的膜電極生產(chǎn)工藝過程由兩個連續(xù)化精密涂布步驟組成，平均線速度≥5m/min，極大提升單位時間產(chǎn)能，同時相應(yīng)降低成本。同時定制開發(fā)的精密涂布設(shè)備具備“補(bǔ)丁”及“斑馬”涂布功能，配備在線缺陷檢測、打標(biāo)，物理尺寸檢測，鉑金載量等單片質(zhì)量巡檢，確保產(chǎn)品的一致性和均勻性。
（3）高性能和長壽命。建立在多年積累的膜電極背景信息及know-how的基礎(chǔ)上，膜電極原材料（如樹脂、質(zhì)子交換膜、催化劑粉末、氣體擴(kuò)散層等）選用性能和壽命經(jīng)過驗(yàn)證的產(chǎn)品，通過優(yōu)化組合，最終膜電極產(chǎn)品功率密度≥1.4W/cm2，壽命在15,000小時以上。
（4）低成本。除了降低鉑金催化劑的使用量，還通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，盡量減少不必要的產(chǎn)品中間體等方法，進(jìn)一步降低成本，最終產(chǎn)品成本比市場上競爭對手降低30%。
（5）產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證。核心研發(fā)人員參與了奔馳、福特、日產(chǎn)、奧迪等整車廠的燃料電池汽車研發(fā)，所設(shè)計的膜電極經(jīng)過了大量的車載實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證。奔馳發(fā)布的2018款GLC燃料電池乘用車膜電極由團(tuán)隊主要成員研發(fā)，并成功通過整車5,000小時的壽命驗(yàn)證。同時，團(tuán)隊帶頭人葉思宇博士帶領(lǐng)研發(fā)的膜電極已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在巴拉德的燃料電池巴士、物流車、叉車及備用電源領(lǐng)域，其中用于歐盟巴士項(xiàng)目的膜電極整車壽命累積超過30,000小時。
如今一家歐洲頂尖車企對使用鴻基創(chuàng)能膜電極的電堆進(jìn)行綜合評測，產(chǎn)品性能指標(biāo)均滿足該車企要求，部分指標(biāo)甚至超過；經(jīng)過國內(nèi)某電堆龍頭企業(yè)的燃料電池電堆使用測試，整體性能較國內(nèi)目前進(jìn)口的膜電極產(chǎn)品提升35%，成本下降30%，同比千瓦成本下降50%。
毫無疑問，在接下來“以獎代補(bǔ)”的燃料電池產(chǎn)品放量過程中，鴻基創(chuàng)能膜電極將具備明顯的產(chǎn)業(yè)化和成本下降優(yōu)勢。
事實(shí)上，目前鴻基創(chuàng)能膜電極產(chǎn)品已經(jīng)獲得了市場的廣泛認(rèn)可。目前公司已經(jīng)和國內(nèi)外多達(dá)20家企業(yè)形成了有效的合作機(jī)制，累計訂單額超過5500萬元人民幣。
鴻基創(chuàng)能向國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)某龍頭企業(yè)供應(yīng)膜電極產(chǎn)品，經(jīng)過多輪的綜合評測，產(chǎn)品性能滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求，并實(shí)現(xiàn)其高性能燃料電池電堆批量化生產(chǎn)。
該電堆凈輸出功率為48kW，含端板功率密度為3.08kW/L，可實(shí)現(xiàn)-30℃低溫啟動。目前完成了三款燃料電池樣車的組裝，分別為31噸燃料電池自卸車、氫燃料電池廂式商用車及氫燃料電池城市客車，正在進(jìn)行批量化路試。根據(jù)路試結(jié)果，三款燃料電池樣車的運(yùn)行情況良好，未出現(xiàn)任何性能衰減現(xiàn)象，預(yù)計壽命均能夠穩(wěn)定超過20,000小時。
31噸燃料電池自卸車運(yùn)行
今年8月，工信部發(fā)布《道路機(jī)動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》（第336批）公示信息，其中飛馳牌燃料電池城市客車FSQ6121FCEVG3及長鹿牌燃料電池城市客車HB6860FCEVG所搭載的燃料電池模塊均使用鴻基創(chuàng)能自主研發(fā)的燃料電池膜電極產(chǎn)品，屬于目前國內(nèi)自主化膜電極配套車型較多的案例。
飛馳牌燃料電池城市客車FSQ6121FCEVG3
長鹿牌燃料電池城市客車HB6860FCEVG
如今業(yè)內(nèi)期盼已久的“以獎代補(bǔ)”方案細(xì)則終于“落錘”，預(yù)計國家打造氫能產(chǎn)業(yè)示范城市將使氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)在未來幾年進(jìn)入一個快速發(fā)展期。鴻基創(chuàng)能已經(jīng)挑起國產(chǎn)膜電極產(chǎn)業(yè)化“大梁”，為燃料電池注“芯”，將極大助推國家氫燃料電池汽車戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。
