材料是一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根基，對(duì)于正處在初級(jí)發(fā)展階段的我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)更是如此。在經(jīng)歷了多年的發(fā)展之后，我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)從材料端逐漸擺脫了卡脖子風(fēng)險(xiǎn)，跨越了“從無(wú)到有”，開(kāi)始向“從有到強(qiáng)”的商用征途邁進(jìn)。

“新形勢(shì)下，我國(guó)氫電產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)始由‘有’向‘強(qiáng)’轉(zhuǎn)變。”在不久前剛剛結(jié)束的“2023（第五屆）高工氫電產(chǎn)業(yè)峰會(huì)”上，GGII分析師李瑞連表示，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈在材料端的表現(xiàn)來(lái)看，伴隨各細(xì)分領(lǐng)域的降本提效，材料環(huán)節(jié)的國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)新的階段。

在該會(huì)議上，來(lái)自相關(guān)材料企業(yè)的嘉賓也從各自的細(xì)分領(lǐng)域出發(fā)，介紹了質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層、膜電極、雙極板等不同領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，并針對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出了專業(yè)的看法和建議。

國(guó)產(chǎn)材料進(jìn)化動(dòng)力在于“降本提效”

氫電產(chǎn)業(yè)要進(jìn)入規(guī)模化商用時(shí)代，意味著產(chǎn)品的價(jià)格要符合終端用戶的要求，這樣就勢(shì)必會(huì)倒逼整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈加速降本。實(shí)際上，在加速降本的過(guò)程中，不同材料的進(jìn)展有所不同，但殊途同歸的是，大家都在快速推動(dòng)降本提效，為迎接規(guī)模化商用時(shí)代的到來(lái)做好準(zhǔn)備。

“現(xiàn)在市場(chǎng)對(duì)石墨雙極板提出來(lái)低成本、高壽命、可大批量生產(chǎn)的需求，越來(lái)越多的電堆企業(yè)看好模壓石墨雙極板的發(fā)展。” 惠州杜科總經(jīng)理、青島杜科常務(wù)副總鄭健保表示，模壓石墨雙極板的市場(chǎng)化正在不斷加快，目前杜科新材已為5家頭部電堆企業(yè)完成開(kāi)模，今年將形成穩(wěn)定的批量供貨。另一方面，杜科新材的氫電用膠方案已經(jīng)拓展至整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。

與杜科新材采用模壓工藝不同，另一家石墨雙極板代表企業(yè)華熔科技則是以機(jī)加工（CNC）為主。華熔科技副總經(jīng)理葉天龍表示，華熔科技開(kāi)發(fā)的第三代石墨原材料，石墨化的溫度2500℃，按照嚴(yán)格的升溫程序進(jìn)行，以避免石墨板基材收縮和彎曲等變形。石墨原材料實(shí)體厚度突破至大于0.3mm，極大地提高相應(yīng)電堆體積功率密度。

質(zhì)子交換膜方面，國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口的差距正在不斷縮小。元雋氫能技術(shù)中心主任李海濱博士表示，當(dāng)前質(zhì)子交換膜的技術(shù)挑戰(zhàn)主要包括機(jī)械耐久性不足、化學(xué)耐久性不足。元雋氫能提出的一個(gè)解決方案是對(duì)ePTFE骨架進(jìn)行表面改性；另一個(gè)方案是在膜體中加入雙層ePTFE增強(qiáng)。目前元雋氫能已經(jīng)建成了中試線和量產(chǎn)線，可以通過(guò)連續(xù)涂布、在線干燥、自動(dòng)卷繞，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型質(zhì)子交換膜的高質(zhì)量生產(chǎn)。

除了元雋氫能，漢丞科技也是一家在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化探索方面取得較大進(jìn)展的公司。漢丞科技副總經(jīng)理張德玉在其演講“創(chuàng)新超薄增強(qiáng)膜、強(qiáng)化功能又降本”的演講中，提到了其降本提效的方法。針對(duì)目前PEM制氫膜的成本過(guò)高和均質(zhì)膜溶脹率過(guò)大痛點(diǎn)，漢丞科技首創(chuàng)超薄增強(qiáng)PEM膜卷材，創(chuàng)新解決方案。降低了膜的厚度及成本，提高了膜的電導(dǎo)率、強(qiáng)度及抗熱水溶脹率。其首創(chuàng)的可干法制膜電極及電解槽封裝，保證了PEM在使用時(shí)的尺寸穩(wěn)定性及長(zhǎng)壽命，有全球?qū)＠Ｗo(hù)。

金屬板龍頭企業(yè)治臻股份則展示了其對(duì)于“超薄金屬板高質(zhì)量大批量制造前景”的展望。治臻股份總經(jīng)理藍(lán)樹(shù)槐表示，不管是制氫端還是用氫端，都面臨高性能、長(zhǎng)壽命、低成本這三個(gè)挑戰(zhàn)。治臻股份致力于氫能核心組件全鏈條解決方案，從多維度構(gòu)型設(shè)計(jì)（金屬極板大幅寬、小尺度流場(chǎng)結(jié)構(gòu)）、長(zhǎng)壽命涂層、低成本高性能密封、高精密成型等多層面對(duì)金屬極板制造降本提效，公司所生產(chǎn)的金屬極板及復(fù)合鈦氈等已經(jīng)累計(jì)供應(yīng)多家客戶超30款產(chǎn)品，在全國(guó)18個(gè)城市實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。

膜電極方面，鴻基創(chuàng)能可謂是降本提效的先鋒企業(yè)。鴻基創(chuàng)能副總經(jīng)理兼董事唐軍柯博士表示，燃料電池處在爆發(fā)前夜，核心材料膜電極面臨著單位千瓦成本降低、批量制造及質(zhì)量能力6Σ提升、可靠性驗(yàn)證、市場(chǎng)開(kāi)拓等一系列極限的挑戰(zhàn)，需要業(yè)界共同努力做好。

鴻基創(chuàng)能團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了國(guó)際領(lǐng)先的CCM陰陽(yáng)極雙面直接涂布技術(shù)、膜電極一體化成型技術(shù)、膜電極自動(dòng)化快速封裝技術(shù)，結(jié)合精益制造提升產(chǎn)品一致性及良率，實(shí)現(xiàn)了卓越性能及極具競(jìng)爭(zhēng)力的成本。鴻基創(chuàng)能膜電極產(chǎn)品自2020 年投產(chǎn)至今，已完成超過(guò)3000臺(tái)燃料電池汽車裝車并投入使用，總運(yùn)行里程超過(guò)5000萬(wàn)公里。

加快驗(yàn)證 突破技術(shù)和市場(chǎng)掣肘

燃料電池產(chǎn)業(yè)在材料端已經(jīng)解決“從無(wú)到有”的問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)“從有到強(qiáng)”就必須進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)，走向規(guī)模化商用。這里面既有技術(shù)上需要突破的難點(diǎn)，也有市場(chǎng)規(guī)模偏小導(dǎo)致的動(dòng)力不足。具體來(lái)看，體現(xiàn)在質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層和催化劑等不同環(huán)節(jié)上既有相同點(diǎn)，也有不同之處。

質(zhì)子交換膜方面，產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性與進(jìn)口品牌存在一定的差距，目前最大的瓶頸在于缺乏足夠的匹配驗(yàn)證數(shù)據(jù)，在追求安全可靠的前提下，下游電堆廠商更傾向采購(gòu)進(jìn)口產(chǎn)品。

在當(dāng)前缺乏足量市場(chǎng)訂單的前提下，國(guó)產(chǎn)質(zhì)子交換膜對(duì)比進(jìn)口品牌的價(jià)格優(yōu)勢(shì)并不明顯，進(jìn)口品牌仍有較大降本空間，替換進(jìn)口意味著需要經(jīng)過(guò)必要的驗(yàn)證和測(cè)試，這樣勢(shì)必會(huì)延長(zhǎng)交付周期，下游企業(yè)缺乏替換的動(dòng)力，這需要終端企業(yè)具備戰(zhàn)略耐心，給到國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商足夠的驗(yàn)證時(shí)間。

氣體擴(kuò)散層方面，當(dāng)前氣體擴(kuò)散層技術(shù)創(chuàng)新方向主要集中在提高碳紙基底層的機(jī)械強(qiáng)度、增強(qiáng)氣體傳輸性能、加強(qiáng)排水、控制滲透深度、平整度，降低粗糙度、增加涂層均勻性以及增強(qiáng)導(dǎo)電性等方面。

事實(shí)上，氣體擴(kuò)散層的國(guó)產(chǎn)化難度不是特別大，主要難點(diǎn)在工程化上。國(guó)內(nèi)氣體擴(kuò)散層企業(yè)發(fā)展時(shí)間短，還缺乏充分的驗(yàn)證，特別是針對(duì)不同工況的應(yīng)用欠缺經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累，最關(guān)鍵是要解決供應(yīng)鏈管理和質(zhì)量控制這兩大核心問(wèn)題。

催化劑方面，從技術(shù)方向來(lái)看，主要聚焦在降低鉑使用量的基礎(chǔ)上提高催化劑性能，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)研究以鉑碳催化劑為主，同時(shí)儲(chǔ)備鉑鈷等合金催化劑技術(shù)。與此同時(shí)，有效提升耐久性也是當(dāng)下催化劑企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

低鉑技術(shù)的驗(yàn)證還需要時(shí)間，目前市面上那些宣稱已掌握鉑合金催化技術(shù)的公司，基本處在早期的研發(fā)階段。鉑合金催化劑在性能和成本上優(yōu)勢(shì)明顯，但要突破商用仍有較長(zhǎng)的一段路要走，這需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行系統(tǒng)性的驗(yàn)證跟配合。

在雙極板和膜電極環(huán)節(jié)，以治臻股份和鴻基創(chuàng)能等為代表的國(guó)內(nèi)先鋒企業(yè)已經(jīng)強(qiáng)大起來(lái)，甚至已經(jīng)為將來(lái)的規(guī)模化生產(chǎn)預(yù)備了足夠的空間。

總體上看，燃料電池核心材料已經(jīng)有了相當(dāng)大的突破和進(jìn)步，雖然尚未在規(guī)模化商用上實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，但其國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程并未止步。在這些國(guó)內(nèi)材料企業(yè)的共同努力下，有力地推動(dòng)了燃料電池電堆的大幅降本，這也為將來(lái)燃料電池規(guī)模化商用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。