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【芯智驾】氢燃料电池迎战略布局年,核心技术国产化受限如何破?

来源:爱集微

#芯智驾#

#燃料电池#

07-05 16:04

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集微网报道,18世纪后期,大气中的二氧化碳等温室气体含量开始增加。工业革命以来,由于人类活动使得大气中的碳排放量增加了约25%-30%。如果不加以控制,科学家预计到21世纪末全球平均温度相比工业革命前将上升4摄氏度,极地的升温可能会远高于这个幅度。

4摄氏度意味着什么?相当于海洋酸性增加150%,可能导致海平面上升0.5-1米。气候变化将给水供给、农业生产、极端气候和干旱、森林山火等方面带来严重影响。总体来看,气候变暖对全球的总体影响是弊大于利。

因而全球各国正加快“碳达峰”、“碳中和”的进程,作为碳排放的一环,汽车也正完成自己“碳中和”的使命,即从传统燃油车转向零排的电动车。这背后既有科学技术发展去推动汽车革命,但最为重要的核心驱动因素是,与我们息息相关的地球正遭受人类活动带来的破坏性影响。

目前,电动汽车主要采用以三元锂和磷酸铁锂为主的锂电池。虽与传统电池相比,其污染是极低的,但废旧锂电池中的物质进入环境中还是会造成重金属镍、钴等污染。作为电动汽车电池的另一条路线——氢燃料电池,被认为是理想的清洁能源。氢燃料电池近几年发展缓慢,但业内专家在接受媒体采访时指出,目前,中国政府部门、中外车企和相关机构正加强合作,积极推进加氢站的建设,并通过示范运行自主研发的氢燃料电池汽车,2021年有望迎来中国氢燃料电池汽车市场的爆发式增长。

理想的绿色能源

燃料电池与锂电池的工作原理相像,都是通过化学反应产生电能,但两者还是有一定的区别。氢燃料电池是将氢和氧转换成水,并在这个过程中产生电能。蓄电池是将化学物质存储在内部,一旦化学物质使用完,蓄电池便会失效。而燃料电池从外部接收所使用的的化学物质,因此只要有燃料可用,燃料电池几乎可以无限发电。更重要的是,因其最终产物是水与热,基于使用不同的燃料,有可能产生极少量二氧化碳和其他物质,对环境污染比原电池及化石燃料发电厂少,所以氢燃料是非常契合“零排”的绿色能源。

此外,因氢燃料电池的能量密度较之锂电池高出很多,在续航上具有较大优势。

燃料电池并不是新兴产物,它的原理由德国化学家克里斯提安·弗里德里希·尚班于1838年提出。基于尚班的理论,英国物理学家威廉·葛洛夫于1839年2月把理论证明刊登于《科学的哲学杂志与期刊》(Philosophical Magazine and Journal of Science),其后又把燃料电池设计草图于1842年刊登。当时的设计类似现今的磷酸燃料电池。而燃料电池的首次应用就在美国国家航空航天局在1960年代的太空任务当中,为探测器、人造卫星和太空舱提供电力。从此以后,燃料电池就开始被广泛使用在工业、住屋、交通等方面,作为基本或后备供电装置。

为何氢燃料发展滞缓?

虽然氢燃料优势明显,但氢燃料车近两年发展却不尽如人意。据中国汽车工业协会的数据显示,2020年,我国燃料电池汽车生产1199辆,累计销量1177辆,同比分别下降57.5%和56.8%,2019年我国燃料电池汽车产销分别完成2833辆和2737辆。

劲邦资本合伙人 王荣进对集微网表示,从乘用车的角度而言,首先燃料电池车的能源补给是个大问题,如果将之前的加油站网络重建一次,显然是很难做到的。其次,它的成本也非常高,在乘用车领域是很难承担得起高昂的成本。基础设施的建设与难以下降的成本是摆在燃料电池上乘用车的两座大山。所以从长期来看,氢燃料电池更容易在商用车上得到发展。

中国科学院院士何鸣元曾表示,燃料电池产业发展速度不及预期,和氢能源的特点有较大关系。氢能发展的最大问题是集中难度大,将不同来源的氢能收集、压缩使其处于能量密度的负极,这不仅要花很多功、损失较多能量,还将带来安全隐患。

此外,我国氢燃料电池材料、系统技术成熟度也有待提升。

目前主流的车用燃料电池为质子交换膜燃料电池。它有两大关键部件:膜电极组件、双极板。前者由质子交换膜、催化层和气体扩散层构成。这些关键材料,决定着燃料电池的寿命和性能。

诚然,我国并非没有这些材料,有些实验室成果甚至已达到国际水平。但是,没有批量生产线,燃料电池产业链发展依然受阻。特别是在气体扩散层量产技术方面,我国还是空白。

爱驰汽车动力系统副总裁吴畏曾对媒体指出,我国高压储氢燃料电池系统存在无核心技术、零部件成熟度底等问题。比如,质子交换膜、高压储氢罐、空压机等关键产品还需要依赖进口,大部分零部件仍处于前期开发阶段,国产化率低,产业化难度大。

政策利好、资本入驻,氢燃料电池车迎来战略布局年

要打破发达国家的长期技术垄断,就得加大对燃料电池核心材料产业化的投入。目前,中国多地均已出台燃料电池汽车产业政策,燃料电池汽车产业未来数年有望加速发展。

2020年12月发布的《新时代的中国能源发展》白皮书中指出,将加速发展绿氢制取、储运和应用等氢能产业链技术装备,促进氢燃料电池技术链、氢燃料电池汽车产业链发展。《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出,中国将力争经过15年的发展,实现燃料电池汽车商业化应用。

6月28日,工信部装备工业一司发布了2021年汽车标准化工作要点,工信部将深入贯彻落实《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》《国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)》等要求,进一步聚焦重点领域、注重协同创新、强化应用牵引,持续健全完善汽车标准体系,为汽车产业高质量发展提供坚实支撑。

工作要点中提到,在新能源汽车领域,聚焦燃料电池电动汽车使用环节,推动燃料电池电动汽车能耗及续驶里程、低温冷启动、动力性能、车载氢系统、加氢枪等标准制修订。

有专家预计,2025年前我国氢燃料电池汽车和加氢站仍将以示范运行为主,2035年燃料电池汽车数量有望达到百万辆级别的商业应用规模。

中国不少大型汽车厂商均制订了各自的氢燃料电池汽车发展战略规划。去年12月23日,吉电股份公告,与国家电投集团氢能科技发展有限公司签署了《战略合作框架协议》。根据协议,双方将利用各自优势,共同开拓氢能市场,围绕燃料电池推广应用、PEM制氢设备研发制造等开展广泛合作引导和推动燃料电池、PEM制氢等关键核心技术研发及产业发展。

上汽集团表示,2020年9月发布的上汽大通EUNIQ 7为全球首款氢燃料电池MPV(多用途汽车),于2021年量产上市。上汽在400型燃料电池电堆和系统研发方面快速推进,300型燃料电池技术已在多款商用车产品上实现应用,并已获得多家企业的订单。

我国燃料电池企业也呈现增长趋势。企查查数据显示,目前我国共有4900余家燃料电池相关企业,2020年新注册企业708家,同比下降30.1%,今年一季度新注册235家,同比增长86.5%。据中国氢能联盟预计,到2050年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到10%,其中燃料电池商用车到2050年将达到160万辆,市场占有率达到37%,燃料电池乘用车到2050年市场占有率将达到14%。

里斯咨询战略定位咨询中国合伙人刘坤曾表示,目前燃料电池汽车滞后电动车约11年,预计2021年至2023年对应于2010年至2012年电动车的推广阶段,是市场初步导入期。目前是企业布局氢燃料电池车的最佳战略时机。

他认为,综合评估政策、资本、用户需求等方面,2025年氢燃料电池产业会迎来发展机遇,在2030年会迎来战略性崛起,形成爆发式成长。

虽然政策利好、资本入驻以及外部环境因素影响,氢燃料将呈现出一片红火之势,但这不是一个主机厂或产业上下游某一环节可以解决,也不是短时间内就能看到成果的,仍需要一个长期发展的过程。

(校对/Sharon)

责编: Carrie

Jimmy

作者

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邮箱:zhangshh@lunion.com.cn

作者简介

早日退休

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