燃料电池成本门槛再降一级技术革新助推氢能重卡市场大爆发,
车用氢能,氢能车出租,青年汽车 氢能 据外媒报道，宾夕法尼亚州立大学领导的研究团队研究了一种有前景的方法，可以降低燃料电池的成本。通过复制计算机芯片制造工艺，新方法可以减少电池中铂族金属（PGM）的使用量。
据悉，新工艺可以降低大规模生产质子交换膜燃料电池的成本。这种电池可用于为重型车辆提供电力，从而减少温室气体排放。
新工艺利用自组装嵌段共聚物模板（在纳米级层面形成有序图案的结构）来创建高表面积载体。该工艺通常称为嵌段共聚物光刻（block copolymer lithography），是一种自下而上的光刻图案化工艺，用于在大面积上制作特征尺寸为6-40纳米的密集型图案。该团队制作出具有小周期特征尺寸的密集高表面积载体，然后在载体基板上喷射了一层薄薄的PGM。
研究人员Christopher Arges表示：“这是首次采用这种技术来制造PGM含量极低的电极。在高表面积碳载体上，新型非合金化电催化剂表现出与最先进的铂纳米颗粒相当的性能，同时更加耐用。”
Arges表示：“燃料电池不是将氢气与空气中的氧气燃烧，而是在一个电极上与氢气发生电化学反应，并在另一个电极上与氧气发生另一种反应。在氧电极处，反应后的氢气中的质子与氧气结合。反应的电子通过电池向外移动，从而为电机提供动力，唯一的副产品是水。此外，如果通过可再生能源进行水电解制氢，则可以实现具有零碳排放的绿色氢。”
工信部数据显示，2022年，我国燃料电池系统装机量为506.9兆瓦，同比增长191.7%；2023年6月，燃料电池系统装机量为71.8兆瓦，同比上升33%。国金证券分析指出，今年，我国燃料电池装机规模预计将呈高增长趋势，在政策细则落地叠加产业链成熟度提高背景下，行业放量增长确定性强。
市场规模扩大的同时，燃料电池产品核心零部件及关键材料相关技术持续迭代。“作为氢燃料电池核心部件之一，膜电极的高性能、长寿命对于燃料电池商业化进程具有重要意义。”江苏氢导智能装备有限公司总经理邵孟对《中国能源报》记者表示，“今年以来，我国膜电极在技术、降低成本和性能方面均有大幅提升。在生产工艺方面，越来越多的厂家采用直接涂布工艺和卷对卷封装工艺，大幅提升了生产效率，减少了生产成本。同时，也出现了单电池这样的新工艺。当前，膜电极产能较之前也大幅提升，部分头部膜电极企业产能已达到400万片／年。”
以氢导智能公司为例，邵孟介绍，经过对膜电极的一种制备工艺——CCM直接涂布工艺和设备进行深入研究，目前推出了全新直涂设备，产品各方面性能都在同行中处于领先地位。在质子交换膜封装方面，氢导智能公司推出10片/分钟-20片/分钟的高速高精度膜电极封装设备，并已积累了丰富的量产经验。
上海捷氢科技股份有限公司总经理卢兵兵对《中国能源报》记者表示，经过行业上下游多年共同努力，国内燃料电池企业在系统设计、电堆设计以及核心零部件等层面都取得了长足进步，相信随着国内应用场景及规模的不断增长，我国燃料电池产业也能像光伏、锂电一样走到世界前列。“在核心技术方面，捷氢科技已掌握系统集成、电堆设计、双极板和膜电极设计等并实现系统、电堆和膜电极的自主生产。”
受访专家指出，经过近十年的发展，我国燃料电池已实现一级部件的国产化与规模化生产，包括膜电极在内的燃料电池核心零部件技术性能与降本幅度、产业链投资布局、产业发展规模等方面都取得显著进展。
卢兵兵表示，近几年来，燃料电池成本降幅明显，从2017年前后的1.6万元/千瓦-2万元/千瓦，已降至去年的4000元/千瓦，且未来还会持续下降，燃料电池整个系统成本也会相应降低。
“为进一步实现降本，未来产业应抓住更多潜在降本机会。”卢兵兵指出，首先是规模，与锂电行业一样，规模降本可以为整个行业带来最大降本幅度；其次是通过工艺、技术、材料、方法的突破，比如用活性更好、寿命更长的催化剂，以及更少催化剂载量来实现燃料电池同样的功率输出，以减少铂的使用量，从而实现降本。
国产化替代与标准规范的协同也不可忽视。卢兵兵表示，国产化替代中技术突破尤为关键。“在制造和测试环节持续突破工艺设计以实现降本。在标准规范协同方面，有标准就意味着硬件、管控有确定指标，在此基础上，上下游可以较好分工合作，协同设计燃料电池系统、电堆及核心零部件等。例如，加氢站的标准规范和燃料电池大批量商业化应用相衔接，可实现巨大降本。”
需要注意的是，在供应链国产化方面，现阶段部分膜电极核心原材料仍依赖于价格较高的进口产品。卢兵兵强调，在膜电极核心原材料方面，随着我国企业在催化剂、质子交换膜、气体扩散层领域的不断布局，2022年，部分企业已实现采用国产产品；2023-2025年期间，产业需结合国家燃料电池示范城市政策相关要求，持续提升全国产化材料电堆的产销。
邵孟认为，目前，燃料电池处于产业化早期，却需要和传统内燃机直接竞争，这两个产业体量差别很大，现阶段燃料电池很难在成本上和传统内燃机相比较，且目前还有不少技术瓶颈没有突破，相关配套生态圈的打造也需要一段时间。
我国通过鼓励科研创新、财政补贴、示范运行等方式支持氢能发展，氢能及燃料电池产业已形成完整产业链。北京、上海、广东等示范区和山西、内蒙古、陕西等非示范区，都在积极推广氢燃料电池汽车。目前，全国已累计推广氢燃料电池汽车超过1万辆，其中商用车约占近一半。国家发改委、国家能源局于2022年3月联合印发《氢能产业发展中长期规划》，提出到2025年我国氢能源车保有量要达到5万辆。
山西是煤炭大省，炼焦煤保有量占全国60%，通过焦炉煤气等工业副产品制氢资源丰富。山西也是货运大省，用于运输的重卡数量多。“重卡应用场景具有定点、高频、线路固定特点，加氢站布局相对容易。”林忠钦认为，山西的煤焦铝冶电产业可以带动40万辆重卡的应用场景。再加上氢能源丰富，若以山西为试点推广氢燃料电池重卡具有多重优势和意义。
晋南钢铁集团有限公司是山西省氢能产业链“链主”企业之一，利用焦炉煤气制氢，可将氢气送至高炉实现氢能炼铁，同时建设加氢站供企业300多辆氢能重卡使用。公司总裁张天福说：“氢能重卡配套铁路运输，使公司实现了物流体系的百分百清洁运输。”
山西省以吕梁市为代表致力于构建制氢、储氢、运氢、加氢以及氢能源应用的完整产业链，打造北方氢能产业基地，也涌现出一批有发展潜力的龙头企业。2022年9月，由申能（集团）有限公司和山西鹏飞集团有限公司共同研发的额定功率250千瓦的氢燃料电池发动机系统（单堆），可以满足49吨以上重型卡车长途高速应用场景的动力需要，氢耗降低15%的同时续航里程提升18%。
据中国科学院院士李灿介绍，通过化石能源生产氢气是当前主流制氢方式，生产成本较低，技术较为简单，但在生产过程中会有二氧化碳等排放。使用可再生能源制造的氢气在生产过程中则完全没有碳排放。国家层面初期可以先上马煤制氢产业，形成商业模式，鼓励氢能发展、完善产业结构，进而慢慢扶持“绿氢”的发展壮大。
李灿认为，若用“绿氢”作为动力燃料推广氢能重卡，整个过程不排放碳、硫、氮的氧化物及颗粒物等污染物，相较柴油重卡能有效缓解污染排放的问题。此外，氢能重卡技术成熟，相较电能重卡不论马力还是续航里程等都具有一定优势。
