新源動(dòng)力邢丹敏：燃料電池上游太薄弱 市場(chǎng)發(fā)展快于計劃
圖為大連新源動(dòng)力股份有限公司副總工程師，技術(shù)研究部部長(cháng)、博士邢丹敏作主題演講
邢丹敏：大家上午好！下面由我代表新源動(dòng)力公司為大家介紹一下車(chē)用燃料電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。
最近一個(gè)時(shí)期，尤其在2017年下半年，大家也都充分體會(huì )到了燃料電池這個(gè)行業(yè)突然熱鬧起來(lái)，尤其在昨天全國標委會(huì )的會(huì )議上，吳院士也說(shuō)，大家認為2017年是中國燃料電池的元年，這個(gè)說(shuō)法我覺(jué)得蠻貼切。首先與大家探討一下車(chē)用燃料電池產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題。因為新源動(dòng)力公司從成立之日起就致力于燃料電池產(chǎn)業(yè)化，所以在十幾年里我們一直探索這條產(chǎn)業(yè)化的路，不斷在考慮，所以這里想跟大家探討一下，把我們的想法跟大家分享一下，另外介紹一下新源動(dòng)力公司發(fā)展的情況。
這張圖是我們在百度上找到的一個(gè)關(guān)于產(chǎn)業(yè)化的定義和不同發(fā)展階段的一些特征，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展分為導入期、發(fā)展期、動(dòng)蕩期這幾個(gè)階段，每個(gè)時(shí)期里頭都有不同的階段，像導入期就有研發(fā)和產(chǎn)品、商品化三個(gè)階段；發(fā)展期就有小批量和大規模生產(chǎn)階段。在每個(gè)階段里特征不一樣，比如在導入期，像產(chǎn)品的性能、研發(fā)方面，逐漸趨于成熟，工藝、產(chǎn)業(yè)鏈，在不同時(shí)期發(fā)展過(guò)程中趨于成熟和完善。目前，燃料電池產(chǎn)業(yè)，我們認為還是處于導入發(fā)展期的中間過(guò)渡時(shí)期，像在導入期我們明顯體會(huì )，主要的特點(diǎn)靠政府和研究機構的投入和少數企業(yè)的參與，整體是不盈利的，現在燃料電池已經(jīng)過(guò)渡到小批量生產(chǎn)，明顯特點(diǎn)就是企業(yè)不斷增多，總體還是往盈利方面轉，所以現在我們認為，燃料電池行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入發(fā)展期的早期階段。
這個(gè)圖是日本燃料電池行業(yè)2010年的規劃，從他這個(gè)圖上能看出，2017年的階段，也是處于商業(yè)化早期階段。
這個(gè)是氫燃料汽車(chē)在不同階段的一些情況的總結。燃料電池2005年早期還是處于燃料電池汽車(chē)的一個(gè)驗證階段，出現了一些樣車(chē)。2005—2010年這個(gè)時(shí)期，不同的車(chē)企業(yè)開(kāi)發(fā)出了不同的產(chǎn)品，各種各樣的樣車(chē)不斷的在增加。到2015年，已經(jīng)商業(yè)化起步，像豐田這種企業(yè)推出了商品化的產(chǎn)品。到2000年之前是商業(yè)化的爬坡期，不同的車(chē)企快速推出他們的產(chǎn)品。
這個(gè)就是要考慮到在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，每個(gè)階段要考慮的因素。產(chǎn)品要考慮它的性能、要考慮他的功率密度、壽命、成本等這些關(guān)鍵的因素。另外在生產(chǎn)制造方面就要考慮他的產(chǎn)能、制造工藝以及裝備的研發(fā)，產(chǎn)業(yè)鏈的完善，產(chǎn)業(yè)鏈不完善，產(chǎn)業(yè)化無(wú)從談起。要以市場(chǎng)為導向，要用標準來(lái)引領(lǐng)行業(yè)，各個(gè)要素要完善。
右面這個(gè)圖汽車(chē)和與加氫站配套設施方面的規劃，各個(gè)國家都推出了相應計劃。
對于我國燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的現狀，這個(gè)圖是前幾年一直在用的圖，這個(gè)圖不斷在變化，有一個(gè)特點(diǎn)——這幾年右邊這個(gè)圖的企業(yè)不斷增加，前幾年只有幾家企業(yè)。從燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，從左到右，包括電堆內部的關(guān)鍵材料、關(guān)鍵部件，到電堆，電堆燃料電池系統、動(dòng)力系統，一直到整車(chē)。從左邊看，燃料電池關(guān)鍵材料這塊，目前國內參與單位主要像大連化物所、武漢新能源、東岳等這些企業(yè)和科研單位，主要做一些關(guān)鍵材料。右邊這部分，像眾宇、國宏等。整車(chē)向動(dòng)力系統方向走，上汽集團他們主要燃料電池系統，他們起步比較早，做的也比較多。像同濟大學(xué)、清華大學(xué)這些企業(yè)重點(diǎn)集中在燃料電池動(dòng)力系統和整車(chē)平臺這方面。整車(chē)企業(yè)，前幾年這個(gè)表還沒(méi)有這么多，目前我覺(jué)得幾乎所有的像一汽、東風(fēng)、宇通、長(cháng)安這些企業(yè)，后面省略號，沒(méi)有都列，都進(jìn)入了燃料電池汽車(chē)開(kāi)發(fā)中了。
但是整體來(lái)看，也存在很大問(wèn)題。性能這個(gè)圖，燃料電池技術(shù)的差距還是有的，不管是功率密度還是壽命的驗證，都存在差距。另外還有最最弱的一點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)鏈的上游，關(guān)鍵材料方面，催化劑、膜等，我們產(chǎn)品用的還是進(jìn)口，為什么？國內這些零部件廠(chǎng)商，現在還處于產(chǎn)業(yè)起步期，產(chǎn)品還沒(méi)有真正定型批量供應，所以還不能真正用到產(chǎn)品上。好在現在有像東岳集團這樣的企業(yè)，他們在質(zhì)子交換膜，還有云南昆明的企業(yè)，他們在催化劑膜上已經(jīng)開(kāi)始起步了，已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注這個(gè)事情，已經(jīng)投入了很大的精力在做這件事，這是好趨勢。
總的來(lái)說(shuō)，國內燃料電池這個(gè)產(chǎn)業(yè)上來(lái)說(shuō)，從產(chǎn)業(yè)鏈上，尤其上游還是非常薄弱的，這個(gè)問(wèn)題還是蠻嚴重的，燃料電池技術(shù)差距還是很大的，這是我們奮斗的一個(gè)事情，關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)還是在成長(cháng)階段。
下面我介紹一下我們公司的情況。新源動(dòng)力公司成立于2001年，當時(shí)股東主要是大連化物所，聯(lián)合了幾家，像長(cháng)城電工這幾家企業(yè)成立了一個(gè)公司。上汽集團是2007年入股，他們今年是最大股東，主要做燃料電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。
我們的業(yè)務(wù)形式有兩種：一個(gè)是提供產(chǎn)品，一個(gè)是提供工程服務(wù)。產(chǎn)品包括這些系統，以前做過(guò)一些UPS電源核電站方面，現在很少做，以前以項目形式做，現在市場(chǎng)需求比較少，現在主要是燃料電池、電堆、關(guān)鍵零部件。
我們的技術(shù)發(fā)展歷程：我們單位一直承擔著(zhù)國家燃料電池方面863計劃的研究工作，從成立十一五、十二五到十三五一直承擔著(zhù)課題，十一五、十二五期間參加了所有的電堆產(chǎn)品，那時(shí)我們提供系統，奧運會(huì )、世博會(huì )以及國內外各種燃料電池汽車(chē)和新能源汽車(chē)的示范，都有我們的產(chǎn)品。
從2009年，上汽集團啟動(dòng)了新能源汽車(chē)規劃的項目，我們就真正跟上氣集團結合去做車(chē)用燃料電池電堆的開(kāi)發(fā)。在前期863項目，沒(méi)有針對具體的車(chē)型去開(kāi)發(fā)，我們參加上汽的新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)規劃以后，才真正針對車(chē)企的要求去做車(chē)用燃料電池電堆的開(kāi)發(fā)。2009年以后，我們跟著(zhù)上汽集團的規劃，我們做幾輪工作，目前已形成兩個(gè)產(chǎn)品，分別服務(wù)于他們的榮威750和榮威950等。
這是我們的燃料電池系統的改進(jìn)。十一五、十二五、十三五期間，我們在燃料電池系統方面開(kāi)發(fā)了整個(gè)三代系統，這個(gè)系統的輸出動(dòng)力主要還是根據用戶(hù)要求，來(lái)做不同的調整。開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要解決，從低壓到中壓，另外的改變就是，在燃料管理上，因為后期把膜變薄了，在空氣的濕度依賴(lài)性上降低了，從高濕度依賴(lài)變成的低濕度依賴(lài)，這是一個(gè)技術(shù)路線(xiàn)。
這個(gè)是我們的電堆產(chǎn)品的一個(gè)發(fā)展過(guò)程。前兩代是以復合雙極板，后面第三代、第四代就是全金屬雙極板，復合雙極板，尤其第一代，第一代雙極板是低壓，第二代就走向了中壓，整個(gè)過(guò)程中降低成本，從雙極板、復合板到金屬板，空氣濕度依賴(lài)也逐漸降低，電堆的功率密度也不斷提升。復合板的產(chǎn)品現在功率密度是1.5千瓦/升，金屬板的電堆目前是2.5千瓦/升，將來(lái)的目標是3.0千瓦/升。
這是我們的產(chǎn)品框架和生產(chǎn)線(xiàn)的情況。左邊這個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)就是我們自行開(kāi)發(fā)的膜電極的生產(chǎn)線(xiàn)，從復合膜開(kāi)始做膜，做成CCM電極，在這條生產(chǎn)線(xiàn)都可以完成。這個(gè)是2010年開(kāi)始開(kāi)發(fā)的，目前已經(jīng)升級幾次，我們電極的生產(chǎn)在這條生產(chǎn)線(xiàn)上。后面我們還有相對匹配的測試平臺，從幾千瓦到百千瓦級的關(guān)鍵材料、電堆和系統的測試，我們都在自己的實(shí)驗室做。
下面這個(gè)圖是我們構成的產(chǎn)品。這個(gè)產(chǎn)品有三種形式，一個(gè)系統就是電堆加上水熱管理，燃料和空氣的一個(gè)控制系統，客戶(hù)也不需要我們提供整個(gè)系統。另外一個(gè)產(chǎn)品是電堆加水熱管理系統，但是不含有燃料和空氣動(dòng)力系統，這是針對客戶(hù)我們開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。
另外一個(gè)是從燃料電池電堆，因為現在很多技術(shù)企業(yè)有能力自己開(kāi)發(fā)他的系統，和他的動(dòng)力平臺去配合，認為那種可能會(huì )做的更有優(yōu)勢一些，所以希望我們單獨提供電堆，這個(gè)也是我們電堆的產(chǎn)品，其實(shí)我們電堆產(chǎn)品是最大的一個(gè)產(chǎn)品形式。
這兩款產(chǎn)品，一個(gè)是剛才說(shuō)的第二代、第三代的產(chǎn)品，這兩個(gè)電堆分別用在榮威750和950的轎車(chē)上。這張圖在漠河低溫下做的考核，還有到高原西藏，這個(gè)考核結果示范，一個(gè)車(chē)隊有其他形式的純電動(dòng)汽車(chē)，也有我們的燃料電池汽車(chē)，做下來(lái)以后我們信心大增，結果蠻不錯。
下面我講一下在電堆壽命提升方面的突破。這個(gè)是我們雙極板的模塊，下面這個(gè)是第一代、第二代復合雙極板。復合雙極板是一個(gè)多層結構，它集成了金屬材料高的組合性能、導電性能還有碳材料的導電性能，以及成型的靈活性，還有一些有機材料的加工成本，所以開(kāi)發(fā)了復合雙極板。因為這個(gè)復合雙極板結構比較復雜、材料也比較復雜，所以加工性很差，他找化物所提出這個(gè)，以前是小批量，我們?yōu)榱私档统杀?，這幾年一直在給他做改進(jìn)，而且大部分工作在做工藝開(kāi)發(fā)。在這個(gè)過(guò)程中我們結合雙極板，同時(shí)我們在電堆的壽命方面做了很大的努力。比如在1千小時(shí)之內，電堆工況比如像電極更強、催化劑的流失，我們分析失效模式。由于啟停和干態(tài)操作，使得電池內控受到損害。我們就采取了這些針對措施，優(yōu)化濕度控制，把耐久性提升到1600小時(shí)。
再往下我們發(fā)現，1000~2000小時(shí)的時(shí)候，這個(gè)失效機理，我們又采取措施了，耐久性提升到了3000小時(shí)。這樣一步步的，又提升到5000小時(shí)。目前我們電堆在上汽的功率平臺上真正驗證到了5000小時(shí)，這是階段性的，我們又通過(guò)關(guān)鍵材料的應用，現在壽命已經(jīng)實(shí)測到了1萬(wàn)小時(shí)。將來(lái)我看國家目前的項目指標都要求在有些車(chē)型上比如客車(chē)達到更多小時(shí)，這是我們長(cháng)期努力的方向。
燃料電池發(fā)電系統我們也開(kāi)發(fā)了不同的產(chǎn)品，有30千瓦、60千瓦兩種，這是針對整車(chē)開(kāi)發(fā)的需求。
這款產(chǎn)品就是我剛才說(shuō)的燃料電池模塊，含有電堆和水熱管理系統的模塊。高度集成，上半部分是電堆，下半部分含了增濕器、水泵等，高度集成在里面，中間通過(guò)連接板聯(lián)結在一起。
下面我介紹一下我們的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況。這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈我們借助國家的力量，國家863重大專(zhuān)項方面，這個(gè)平臺上我們匯集國內的優(yōu)勢科研單位和企業(yè)，來(lái)做這些產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面的嘗試。
這是十一五期間我承擔的一個(gè)節能與新能源汽車(chē)重大專(zhuān)項，這個(gè)項目是國產(chǎn)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆及關(guān)鍵材料的研制開(kāi)發(fā)。當時(shí)的參加單位有東南大學(xué)、東岳集團、新源動(dòng)力、大化所、大連交大，最后集成在新源動(dòng)力。這個(gè)項目當時(shí)因為我們同時(shí)也對國外所有的這些相應的關(guān)鍵材料做了對比研究，最后我們裝出了一個(gè)60千瓦的電堆模塊，進(jìn)行了測試，壽命我記得當時(shí)沒(méi)有實(shí)測，是加速考核，也接近5千小時(shí)。同時(shí)開(kāi)發(fā)了復合膜生產(chǎn)線(xiàn)，復合膜我們自己做出來(lái)了，東岳配合下，而且裝上了電堆。這個(gè)門(mén)檻我們跨過(guò)來(lái)了，現在我們就不做復合膜了，現在主要是東岳在攻關(guān)復合膜，我們就不做復合膜了，因為新源動(dòng)力不想把這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈一下子跨到底，也沒(méi)有這個(gè)能力，我們希望相應的專(zhuān)業(yè)公司、專(zhuān)業(yè)單位去做專(zhuān)業(yè)的事，我們就開(kāi)始做堆。
十一五完成這個(gè)項目以后，從2016年我們公司就承擔了國家十三五的重點(diǎn)研發(fā)計劃，關(guān)鍵共性技術(shù)的項目，針對車(chē)用燃料電池電堆的開(kāi)發(fā)。我也是項目負責人，這個(gè)項目有兩大任務(wù)，一個(gè)是提高燃料電池的功率密度、壽命這些性能，另外一個(gè)是實(shí)現燃料電池電堆及關(guān)鍵零部件的批量制造，整個(gè)對標是那個(gè)電堆，100千瓦，3.1功率密度，壽命是5千小時(shí)。同時(shí)要建成關(guān)鍵零部件電堆的生產(chǎn)線(xiàn)，目標產(chǎn)能1千臺，包括生產(chǎn)線(xiàn)有催化劑、膜、CCM，膜電極、電堆、雙極板，都要形成批量生產(chǎn)能力。
所以這個(gè)項目里，國內也是集合有優(yōu)勢的企業(yè)和科研院所、單位來(lái)攻關(guān)，像新源動(dòng)力膜做的是很好的，催化劑有研究機構，有科研組，產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，都參與進(jìn)來(lái)。在膜電極這塊，武漢理工、上海交大、新源動(dòng)力也是在參與這方面的工作。金屬雙極板主要是以我們?yōu)橹?，有大連理工大學(xué)，還有其他一些單位。
這是整個(gè)項目的情況，目前大功率電堆開(kāi)發(fā)還在加速進(jìn)行，因為現在緊迫感也很強的，我這個(gè)項目是2016年啟動(dòng)的，2017年尤其是2018年，尤其最近燃料電池熱了以后，實(shí)際對電堆的要求越來(lái)越高，大功率的需求，我現在看2019年就要100千瓦的電堆，所以我覺(jué)得壓力是很大的。所以計劃還沒(méi)有市場(chǎng)發(fā)展的快，以前總是國家政策引領(lǐng)，我現在有預感，將來(lái)肯定是市場(chǎng)就要引領(lǐng)了，真正轉向產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展一定要以市場(chǎng)為導向的。
總結下來(lái)，燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)確實(shí)已經(jīng)進(jìn)入了市場(chǎng)導入期，我國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展確不均衡，尤其上游非常薄弱，希望相關(guān)企業(yè)參與進(jìn)來(lái)，為我們燃料電池產(chǎn)業(yè)壯大共同努力，推動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)均衡發(fā)展。
謝謝大家！
?。ǜ鶕l(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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