2023年12月20日下午，在一場論壇上，中汽創(chuàng)智科技有限公司氫燃料動(dòng)力開發(fā)部 邱天杰發(fā)表《燃料電池電堆核心零部件產(chǎn)業(yè)化的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》主題分享。

邱天杰表示，燃料電池的應(yīng)用場景廣泛，產(chǎn)品構(gòu)成靈活，現(xiàn)階段我國正處在從研發(fā)到量產(chǎn)的關(guān)鍵階段，與之對應(yīng)的是核心材料開發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成熟可靠的工藝迭代三大挑戰(zhàn)。

以膜電極為例，燃料電池膜電極對電堆的性能壽命起著決定性的作用。目前，膜電極產(chǎn)業(yè)化面臨著兩個(gè)瓶頸問題。一個(gè)是科學(xué)與技術(shù)相對獨(dú)立，導(dǎo)致材料開發(fā)和工程應(yīng)用不匹配，比如現(xiàn)階段市場多數(shù)膜電極僅提供一年質(zhì)保，但乘用車、商用車有著5年、10年的質(zhì)保要求；第二個(gè)是應(yīng)用空氣環(huán)境還處于富碳高氮多硫的空氣環(huán)境，很容易導(dǎo)致膜電極和核心材料發(fā)生毒化現(xiàn)象，在性能、耐久、一致性等指標(biāo)驗(yàn)證上不充分。

目前，對于催化劑、質(zhì)子交換膜以及氣體擴(kuò)散層這些核心材料，80%以上依賴進(jìn)口，而一些高端產(chǎn)品更是被國外壟斷，我國現(xiàn)階段國產(chǎn)化的這三個(gè)核心材料在性能、壽命和成本上仍與國際頭部企業(yè)有著一定差距。

基于以上燃料電池電堆和核心零部件面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，中汽創(chuàng)智的氫燃料電池研發(fā)工作就立足于仿真、實(shí)驗(yàn)和工藝結(jié)合這一基本點(diǎn)展開。

中汽創(chuàng)智是由兵器裝備集團(tuán)、中國一汽、東風(fēng)公司、長安汽車、南京江寧經(jīng)開科技共同出資160億成立，根據(jù)國家重大戰(zhàn)略組建的新型央企創(chuàng)新聯(lián)合體，貫徹落實(shí)國家雙碳戰(zhàn)略，在智能底盤、新能動(dòng)力、智能網(wǎng)聯(lián)三大業(yè)務(wù)領(lǐng)域聚焦技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

邱天杰介紹，在業(yè)務(wù)規(guī)劃上，中汽創(chuàng)智采用“剝洋蔥”形式，從系統(tǒng)-電堆-關(guān)鍵材料逐步實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破，滿足股東方和氫能應(yīng)用市場需求，解決卡脖子技術(shù)。

中汽創(chuàng)智具備催化劑、氣體擴(kuò)散層、膜電極、電堆和系統(tǒng)五類核心產(chǎn)品，技術(shù)路線始終以車端需求為導(dǎo)向，正向開發(fā)氫燃料電池，對關(guān)鍵材料部件進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化以及產(chǎn)業(yè)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)膜電極的批量制備和電堆匹配設(shè)計(jì)，最終進(jìn)行車端的示范應(yīng)用。充分發(fā)揮催化劑-膜電極-雙極板-電堆的“四位一體”研發(fā)優(yōu)勢，進(jìn)行交叉驗(yàn)證，最終攻克核心技術(shù)并實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。

邱天杰表示， 團(tuán)隊(duì)支撐方面，目前申請燃料電池相關(guān)發(fā)明專利132項(xiàng)，實(shí)用新型專利17項(xiàng)，軟著4項(xiàng)，已經(jīng)構(gòu)建了從宏觀向介觀、微觀尺度的燃料電池仿真能力，從整車級到材料級的多尺度、多維度、多物理場仿真體系，為產(chǎn)品研發(fā)及優(yōu)化提供指導(dǎo)。

目前，中汽創(chuàng)智已在南京的“兩區(qū)四地”建立了3000平方米的研發(fā)中心及實(shí)驗(yàn)基地，形成了完整的材料，電堆及系統(tǒng)的開發(fā)測試能力。規(guī)劃在2025年實(shí)現(xiàn)材料、零部件、總成三個(gè)方面合計(jì)五類產(chǎn)品（催化劑、GDL、膜電極、電堆及系統(tǒng)）全面量產(chǎn)。

中汽創(chuàng)智以更加貼近市場的電堆和氫燃料系統(tǒng)開發(fā)為起點(diǎn)，實(shí)施平臺化開發(fā)理念，自主完成3款電堆及2款氫燃料系統(tǒng)開發(fā)，并實(shí)現(xiàn)2款整車搭載應(yīng)用。同時(shí)，在核心技術(shù)掌握及突破上也取得階段成果，完成了百克級Pt/C催化劑制備、氣體擴(kuò)散層小樣開發(fā)、第一代膜電極和雙極板產(chǎn)品開發(fā)。

邱天杰表示，電堆及系統(tǒng)方面，中汽創(chuàng)智已完成電堆平臺模塊化開發(fā)，功率范圍覆蓋40-210kW，產(chǎn)品體積功率密度達(dá)5.15kW/L；采用長耐久抗反極膜電極、高導(dǎo)電耐腐蝕涂層雙極板，實(shí)現(xiàn)整堆15000小時(shí)長耐久壽命；可實(shí)現(xiàn)零下30攝氏度無輔助冷啟動(dòng)。具備高功率密度、壽命長久、寬溫域性、高可靠性、模塊化設(shè)計(jì)五大特點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)上開發(fā)完成了110kW氫燃料電池系統(tǒng)，在研180kW氫燃料電池系統(tǒng)，公司搭載了18噸氫燃料電池灑水車、10.5米氫燃料電池公交兩款進(jìn)行示范，累計(jì)運(yùn)營里程超17000公里。同時(shí)，公司還搭建了云端監(jiān)控平臺，可對車輛運(yùn)行情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警。

此外，在膜電極方面，中汽創(chuàng)智產(chǎn)品始終以滿足應(yīng)用端高功率輸出，長壽命、復(fù)雜公開運(yùn)行和低成本出發(fā)，解決車用燃料電池“膜電極、催化劑、氣體擴(kuò)散層”技術(shù)難題，包括大電流局域傳質(zhì)阻抗、核心材料的衰減、批量化制造過程中可靠性一致性等問題。中汽創(chuàng)智未來也將堅(jiān)持以膜電極功率提升為主軸，實(shí)現(xiàn)單堆電堆、系統(tǒng)功率躍升。