“燃料电池的成本未来三到五年之内还有望再下降80%，业界要更多的关注氢能端，大家一起努力降低用氢成本。” 氢晨科技总经理易培云博士表示。
在2022（第四届）高工氢电产业峰会上，易培云发表了“氢能发展面临的挑战与燃料电池电堆技术突破”的主题演讲。他介绍了当前氢能产业发展面临的挑战，金属板电堆技术挑战与突破，以及氢晨科技在金属板电堆产业化方面的实践。
氢能产业发展面临的挑战
双碳目标正在助推我国氢能发展。
“在双碳目标压力下，我国已经初步形成了‘氢-电协同’的氢能发展战略。”易培云表示，未来氢能在我国终端能源体系占比20%左右，成为我国能源战略重要组成部分；氢能将纳入我国终端能源体系，与电力协同互补，带动10万亿级新兴产业与新的战略机遇。
而氢-电转换装置是氢能利用关键所在。相关数据预测，2030全球燃料电池汽车将达1000万辆；2030年我国氢气年需求量将达3715万吨，2060年将达1.3亿吨，电解水制氢占1亿吨。燃料电池电堆和PEM电解槽是氢-电转换的关键。
“从整个产业链的发展情况来看，氢能端要比燃料电池端面临的挑战更大。”易培云表示，相比于燃料电池产业链，氢能端的资源调动更为复杂，涉及产业链也更长，是亟待解决的瓶颈所在。好消息是中石化、中石油、国电投等央企都在大力布局这个赛道，在某种程度上也推动了产业的发展。
氢能端的挑战主要体现在制氢、储氢和运氢三个方面。制氢方面，目前三种较为成熟的技术路线：一是以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢等工业副产气制氢；三是电解水制氢。
储氢方面，目前有高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢、有机液态储氢几种不同的储氢形式。总体上看，当前的储氢技术能量密度都比较低。低温液态储氢的质量密度能达到14%，但对温度控制要求高，零下二百多度以下的温度控制也带来能耗问题。有机液态储氢被认为是比较有前途的储氢形式，还在发展的过程中。
运氢方面，同样也是气态、液态、固态和有机液态多种形式并存，一般意义上，150公里以内通过长管拖车来运输氢气才具备一定的经济性。
“燃料电池端的成本已经降了很多，未来三到五年之内还有望再下降80%。”易培云表示，相比于燃料电池领域的产业化节奏，氢能端进展相对缓慢，业内同仁需要把更多的精力放在氢能端，一起把用氢的成本降下来。
大功率金属板电堆技术挑战与突破
与氢能端相比，燃料电池端的产业化节奏就快了很多，之前很多卡脖子环节正在逐渐被攻克。随着技术的进步，电堆的功率也越来越大，这也给制造方面提出了挑战。
易培云重点分析了大功率金属板电堆技术方面的挑战。百千瓦级大功率燃料电池电堆由超400对双极板-膜电极串联叠装，在超过800个密封面上布置着1500米长的密封线。燃料电池可靠性、一致性与叠装效率成为国际性技术难题。
为解决大功率金属板电堆的技术挑战和工程难题，氢晨科技在长期的研究摸索中，形成了一套自己的组合拳。以多材料体系高通量计算方法、大功率电堆高可靠设计方法、层叠结构高一致叠装技术和批量制造高效率柔性产线构成了自己的核心技术。
其中，多材料体系高通量计算方法融合了材料性能第一性原理计算、材料制备与介质传输分子动力学，多材料复合的高通量计算方法等多学科原理；大功率电堆高可靠设计方法融合了大面积复杂流场设计、高可靠密封材料与结构、误差分析与公差设计等学科原理；层叠结构高一致叠装技术则融合了部件偏差描述与匹配、定位误差分析与设计、超静定夹紧补偿等技术；批量制造高效率柔性产线则打通了可靠抓取-放置方法、双机器人码垛技术、部件快速检测技术等核心环节。
“氢晨科技是按照汽车行业的标准来生产电堆。”易培云表示，公司通过双机器人码垛技术使得电堆的装配效率提高了12倍，一次合格率达到98%以上，最终让百千瓦级燃料电池电堆的装配时间从原来的4h降至20min。
氢晨科技金属板电堆产业化进展
氢晨科技成立于2017年，专注大功率、高密度金属极板燃料电池电堆研发、生产、销售，与产业链上下游协作迅速成为头部企业。
“氢晨科技从成立那天起的定位是只做电堆，不做系统。”易培云表示，公司的核心团队有十几年的燃料电池工作经历，成立之后迅速发展壮大。
现阶段，氢晨科技基于H2技术开发的80kW、100kW、120kW和150kW等四款大功率电堆均已实现百台级装车，目前运行状态良好，基于H3技术开发的230kW电堆也实现对外销售。目前公司正在推进300kW金属板电堆产品的开发。
一项新技术从研发成型到装车应用，其验证过程是相当严格的，要经过包括低温存储、低温启动、绝缘、防水防尘、冷热冲击、振动、盐雾等多项测试验证。氢晨科技的电堆经过了以上严格检测验证。
截至目前，氢晨科技已经建立起自己的批量制造高效率柔性产线。拥有高精度核心部件检测设备、电堆自动装配、活化测试系统、电堆自动封装线等，可实现年产能10000套，并通过IATF16949认证。批量测试能力方面，已建成满足研发、生产大功率电堆活化测试线，最高可满足300kW测试能力。
“现阶段燃料电池的应用突破，需要对示范城市群以内和以外的部分有不同的应对策略。”易培云表示，示范城市群内的部分要找到合适的垫资单位、融资租赁公司和担保公司，氢车运营通过审核之后可以拿到补贴。
对于示范城市群以外的部分，可以用市场化的思路解决，因地制宜谋发展。具体来看，有“绿电+绿氢+绿色交通”的内蒙模式和“氢气价格洼地+全国最大重卡应用市场”的山西模式可供借鉴。
目前，申能集团拟在包头投资推广“绿电+绿氢+绿色交通”，计划推广数百辆氢车和建立5000吨/年电解水制氢工厂，氢晨科技将提供燃料电池电堆和电解槽。“氢化山西”行动也已启动，山西每年工业副产氢超过260万吨，潜力巨大。氢晨科技将与山西最大煤矿企业鹏飞集团成立合资公司推广氢能重卡。
