氢燃料电池汽车的“青春期”迷途

“先是舆论造势,然后资本入场,大批初创企业冒出,在一阵狂欢过后,看不到实际利益的资本退潮,无力维持经营的初创企业举步维艰,再经历一波重新洗牌后,行业才逐渐进入正轨。”一位投资人看来,国内的新兴产业发展规律往往如此。

在如火如荼的新兴产业发展序列中,出现了燃料电池汽车这个新面孔。

很多人第一次听说氢燃料电池汽车,还是在2018年5月,当时领导人考察丰田工厂时的举动,被解读为对氢燃料电池汽车行业释放出利好信号,国内掀起一阵舆论狂潮。

几乎在一夜之间,氢燃料电池成为各大搜索引擎的热词,迅速成为网红。

实际上,氢燃料电池的发明时间甚至比内燃机还要早。早在1839年,英国人William R.Grove就发明了氢燃料电池,取名为气电池。但由于氢气供应和电池组件的技术难题,产业化迟迟难以突破。尽管1967年GM研发成功了第一辆氢燃料电池汽车,但直到2013年,现代的第三代车型ix35FCEV才实现了氢燃料电池汽车的首次商业化量产。至此,距离氢燃料电池出现已经过去174年。

即便如此,在市场竞争力上,丰田、现代等技术领先的氢燃料电池汽车尚不足以与燃油汽车,动力电池汽车抗衡。

在政策引导和资本加持下,与海外先进厂商差距明显的国内氢燃料电池汽车加速发展,如同进入“青春期”的孩子般,对于未来发展方向的迷茫随之而来。

技术与应用发展孰先孰后

“太贵了,太贵了!”

在全国首个市场化建设运营的瑞晖加氢站调研活动中,当了解到加一公斤氢气在没有补贴的情况下需要60元时,全国氢能标准化委员会委员及副秘书长王业勤连声说贵。

王业勤关心的价格问题出现在了2019年两会期间的《政府工作报告》中。4月初,《国务院关于落实重点工作部门分工的意见》再次提及加氢基础设施建设,明确加氢站建设、审批的主管部门,为打通加氢站建设审批流程奠定基础。

佛山、中山、济南、六安等多个城市氢燃料补贴政策相继出台,以补贴促进加氢站建设和运营。

按照工信部组织制定的《节能与新能源汽车技术路线图》,到2020、2025、2030 年将分别建成100、300、1000座加氢站。

据了解,由于加氢站建设成本过高,市场需求不足,截止2018年底国内加氢站数量仅26座,早在2007年、2010年建成的上海世博会加氢站和广州亚运会加氢站甚至已经拆除。在目前的技术环境和市场条件下,突然开始在全国布局氢能网络,是否舍本逐末?

新材料在线®调研发现,行业内对此呈两种态度。

一方观点认为在当前氢能技术和燃料电池技术都并不成熟的情况下,应当优先发展技术而非实际应用。

以制氢为例,清华大学陈全世教授就曾指出,燃料电池技术所需要的氢纯度要求非常高,至少要达到99.99%,其中一氧化碳的浓度要保持10-6以下,否则会导致催化剂铂金中毒。工业副产的氢气提纯难度大,而电解水制氢纯度高,但成本是煤炭天然气制氢的2-3倍。

除此之外,氢气的储备、运输、加注都对技术和成本提出了很高的要求。

中国科学院院士欧阳明高在公开发言中表示,“现在的氢能技术,如制氢、储氢、运氢等,很多都是多年前的工艺,这些工艺能效偏低、成本偏高,并不理想,需要技术上的更新。”

尽管技术方面存在诸多问题,但主流观点仍然坚持应当加强在应用端的扶持力度,中国工程院院士干勇就是其中代表。

“氢能的应用牵扯到一系列的综合技术,从材料,到运输、加氢,再到最后运行,氢能产业较为复杂,纯靠市场机制和某一个企业无法完成,要充分发挥体制优势,有效地组织各方利益相关者、清晰的操作路径非常重要。”

在一次论坛公开演讲中,干勇特别强调氢燃料电池不能走锂电池的老路,应当特别重视加氢站的作用。

广东省燃料电池技术重点实验室主任廖世军对接受新材料在线®解释:“国家对于氢燃料电池目前采取的是一种末端拉动战略,构成需求后倒逼上游产业发展,通过氢燃料电池汽车来带动电堆的发展,通过电堆来带动材料的发展。”

基础部件与核心技术的路线之争

“好大喜功是我们这个行业最大的问题,将过多的精力聚焦在高难度技术上,而许多基础部件的问题都没有做好。”一位从事氢燃料电池研发二十余年的工程师对新材料在线®称。

在技术层面,对于氢燃料电池的技术发展路线同样存在激烈争议。新材料在线®调研发现,多名从事研发工作的一线工程师对于氢燃料电池行业浮躁的氛围表示不满。

从氢燃料电池的结构来看,由质子交换膜、催化剂和气体扩散层三者构成的膜电极组件是最核心的部件。由于其核心关键作用,许多初创企业将核心发展目标定位于上述材料的突破。

燃料电池产业链全景图

然而在上述从业多年的工程师看来,除了核心部件,诸如电磁阀、传感器等基础部件,国内目前都没有做好,这些部件对氢燃料电池的性能同样重要。

相比执着于将基础工作做扎实的一线工程师,行业专家则更倾向于集中精力突破关键技术。

“我们并不一定要氢燃料电池的完全国产化,许多辅助件都可以通过国际合作解决,但关键技术和关键材料一定要自己掌握。”廖世军称。

以质子交换膜为例,其性能对氢燃料电池的使用性能、寿命、成本等有决定性的影响,成本占到了整个燃料电池堆的12%。

目前主流的质子交换膜是全氟磺酸膜,其碳-氟键的键能高,使其力学性能和化学稳定性优异,而且其使用寿命也远远好于其他膜材料。然而制成全氟磺酸膜的主要原材料全氟磺酸树脂长期以来被美国科慕(Chemours)和日本旭化成等垄断,尽管国内如东岳集团已经实现氟磺酸树脂的量产,但整体而言,国内的加工技术仍不成熟。

催化剂是燃料电池的另一大关键材料,其作用是促进氢、氧在电极上的氧化还原过程。目前市面上,好的催化剂是铂和铂基催化剂。由于铂金的昂贵和稀有,降低铂用量一直是催化剂研究的主要方向。

从目催化剂研究海内外对比来看,海外的铂族金属载量已经进展到0.06g/kW0.35mg/cm2;国内为0.3g/kW,0.16mg/cm2。活性衰减方面,海外已经实现3万次循环后衰减在5%以内;国内3000次循环后衰减达到86%,技术差距仍然巨大。

气体扩散层在膜电极组起到机械支撑、实现气体扩散以及通导电流的作用,气体扩散层通常由基底层和微孔层组成,基底层通常使用多孔的碳纤维纸、碳纤维织布、碳纤维非纺材料及碳黑纸来制备。然而,目前碳纸产品主要被日本东丽、德国SGL(被三菱收购)等几个国际大生产商所垄断,国内的大规模量产水平仍未突破。

“现在中国的氢燃料电池行业问题就在于力量太过分散,几个人就可以办一家公司。氢燃料电池要高水平,要大幅降低成本,要有竞争力,这不是小事,所以应该集中力量”。干勇公开强调。

内冷外热之忧

中国氢燃料电池车长期以来依靠高校等科研单位在推进,大企业作为主体一直处于缺失状态,已经参与的企业也犹豫不决。这导致我国燃料电池汽车发展“起个大早、赶个晚集”。

据了解,早在1999年,清华大学就“做”出了第一辆燃料电池观光车。北京富原、绿能等企业在90年代就已经展开对膜电极等关键部件的研发,苦于没有下游市场,以失败告终。

尽管在经历2018年5月份的舆论高潮后,氢燃料电池汽车热度迅速提升,但在业内人士看来,热闹的仅仅是表象。

新材料在线®调研发现,一家成立于2018年的氢燃料电池初创公司,对外公开的经营范围包括“燃料电池发动机、燃料电池测试设备、储能电池系统与自动化控制相关的系统集成产品的研发、销售、运营。”但实际上,该公司目前并无实质性业务开展。

“这个行业目前的状况就是内冷外热,表面上轰轰烈烈,但实实在在做研发、做产业化的并不多。”上述工程师称。

另一方面,对于氢燃料电池汽车行业的支持仍在不断加强。

2019年全国两会间,政府对新能源汽车发展规划进行了调整,将对纯电动汽车的补贴,转向对充电桩、加氢站等建设进行补贴,将氢燃料电池车写进了新的汽车产业规划,尤其是燃料电池汽车的基础设施加氢站的发展进行了顶层政策支持。

3月15日,十三届二次会议审议后的《政府工作报告》补充了“推动充电、加氢等设施建设”等内容。

发改委在《国民经济和社会发展计划草案的报告》中也相应增加了“加强城市停车场和新能源汽车充电、加氢等设施建设”内容。

政策的扶持能否带动带动氢燃料电池汽车行业的产业化热情?依靠补贴带动的市场如何避免畸形发展?进入“青春期”的氢燃料电池汽车行业在疑惑中前行。