聚焦場景 關注壽命 燃料電池電堆向大功率進階的背後
本文轉自【中國汽車報網】；
“自主燃料電池電堆向大功率發力，背後對應的是企業對燃料電池汽車應用場景的探索。無論整車企業還是零部件供應商，大家都逐漸把目光投向了長續駛、高重載的商用車。但需要強調的是，相比於過度追求大功率，現階段把產品的可靠性和壽命做好更為關鍵。”
首批燃料電池汽車示範城市羣公佈在即，自去年11月申報截止後，眾多企業敬候佳音，蓄勢待發。
示範城市羣名單雖尚未揭曉，但“以獎代補”政策驅動力已然釋放。記者瞭解到，自新政發佈以來，多家自主燃料電池電堆企業佈局的最新一代產品，均以大功率、長壽命、高功率密度等性能亮相。這種趨勢的背後，除了政策的助推之外，還有對燃料電池汽車最先開啓大規模應用場景的判斷。燃料電池汽車的大規模商用雖還在路上，但電堆產業格局劇變的大幕已被拉開。
■燃料電池電堆向大功率發力
此前，燃料電池電堆的功率大都在30～60kW。去年，諸多電堆企業扎堆推出新品，超110kW的大功率產品佔據絕大多數。比如，氫璞創能發佈的一款面向未來5～10年的電堆產品Nowogen V，功率達到了150kW；清極能源推出的E90燃料電池發動機系統，額定輸出功率為100kW，質量功率密度更是達到了680W/kg；上海氫晨自主研發的第二代燃料電池電堆H2150F，額定輸出功率為150kW；捷氫科技推出的新一代車用質子交換膜燃料電池電堆PROMEM3H，功率高達130kW，電堆功率密度達3.8kW/L，擁有10000h的超長耐久性。
作為目前在國內電堆產能最大、市佔率最高的國鴻氫能，去年也推出了鴻芯GI電堆產品和鴻途G系列燃料電池動力模塊產品。其中，鴻途G110淨輸出功率為110kW，體積比功率555W/L，系統最高效率達到61％，額定點系統效率44％。
此外，新源動力發佈的最新款金屬雙極板燃料電池模塊HYMOD?-110，額定輸出功率為110kW，由370節單電池串聯組成，較此前發佈的相同節數的HYMOD?-70，額定輸出功率提升了57％，實測峯值輸出功率可達到130kW。重塑科技推出的全新平台氫燃料電池系統PRISMA鏡星系列，採用一體式模塊化設計，搭載全新自主知識產權電堆，具有壽命長、集成度高、擴展性高、可靠性高等優點，系統更是包含了中、高功率產品系列，功率橫跨60～110kW。
“燃料電池電堆現階段做到100kW以上沒有問題。大功率電堆需要用在適合的運營場景中。”對於燃料電池額定功率不斷提升的現象，東方氫能總經理黃果表示，現階段和未來需要多大功率的燃料電池，一方面需要由關鍵部件的匹配情況決定，另一方面則取決於燃料電池的性價比是否能夠滿足大功率場景客户的需求。
記者瞭解到，自主燃料電池電堆向大功率發力，背後對應的則是企業對燃料電池汽車應用場景的探索。正如上海重塑能源科技有限公司董事長林琦所説，從過去幾年的市場增長來看，行業不僅對產品應用場景，而且對提升氫燃料電池功率的技術進行了探索。
■重卡將成為最先應用的場景
“無論整車企業還是零部件供應商，大家都逐漸把目光投向了長續駛、高重載的商用車。”林琦説，“作為重要的生產工具，重卡常常應用於重載或省際長途運輸中，具有長時間運行、高負載率和持續高速工況等特點，這就對燃料電池系統的功率及電堆的壽命提出了更高要求。”過去三四年時間裏，全球範圍尤其是中國市場的燃料電池商用車數量保持了快速增長。目前可以看到的是，行業逐漸把燃料電池汽車的應用場景鎖定在長途重載應用領域。
據悉，氫璞創能的Nowogen V是一款專為重型車載應用開發的碳複合板電堆產品；清極能源的E90燃料電池發動機系統也針對中重載型應用；國鴻氫能的鴻途G110產品已應用於4.5噸城市物料車、31噸自卸車、49噸重卡牽引車等多款車型；上海氫晨的第二代燃料電池電堆H2150F用於36噸以上的重卡等應用場景；重塑科技的PRISMA鏡星系列燃料電池系統可以應用在輕、中、重型商用車上，適用於市內物流、城市公交、市政服務、城際貨運及省際長途運輸等場景。
大功率電堆頻繁亮相，市場的火爆背後離不開政策的推動。此前，財政部、工信部、科技部、發改委、國家能源局五部委聯合發佈的《關於開展燃料電池汽車示範應用的通知》強調，本次將採取“以獎代補”的方式，重點推動燃料電池汽車在中重型商用車領域的產業化應用。
不過，黃果也提到，相比於過度追求大功率，現階段把產品的可靠性和壽命做好更為關鍵。除了大功率之外，氫能長途重載還有長壽命和高可靠三大瓶頸亟待突破。風氫揚總經理劉軍瑞也表示，重型卡車根據運營場景需匹配110～200kW燃料電池系統；重卡需滿足8年或3萬小時壽命需求，遠期需滿足15年或5萬小時壽命需求；同時，重卡運行路況、環境等複雜多變，需以高可靠性保障長時間穩定運營。
某證券公司一位不願具名的燃料電池行業研究員告訴記者，“以獎代補”政策作為初始推動力，將在重卡領域開啓燃料電池汽車對燃油車的替代。隨着替代過程的推進，成本會越來越低，使得產業向儲能滲透，開啓第二個巨大的市場，其規模有可能比重卡市場還要大。而隨着成本繼續下降，燃料電池會滲透到乘用車領域，在這個過程中，使用柴油機的船舶、軌道交通、工程機械都將是替代的目標市場。
■2021年或將掀起價格戰
據悉，燃料電池主要分成三大分系統，即電堆、輔助系統、氫氣系統，而核心技術主要集中於電堆系統的膜電極、雙極板、催化劑和碳紙。燃料電池系統的成本佔整車成本的50％～60％，電堆的成本約佔燃料電池系統成本的50％～60％，而膜電極的成本又佔整個電堆成本的60％～70％。
值得注意的是，在燃料電池“以獎代補”的政策出台之後，在電堆向大功率方向發展的同時，國內企業逐步實現了電堆核心材料的技術自主和本土化生產，使得燃料電池成本進一步下降。據介紹，雄韜氫瑞最新一代電堆A1採用了國產核心零部件及低鉑載膜電極，擁有大批量供應能力，在售價上極具吸引力：一次性訂購200台起，1999元/kW；一次性訂購2000台起，1599元/kW；一次性訂購10000台起，1199元/kW。
國鴻氫能總經理陳曉敏認為，隨着具有完全自主知識產權的電堆鴻芯系列的推出，市場發展已迎來電堆成本在千元/kW、系統成本低於6000元/kW的新階段，這還是在燃料電池銷量沒有大幅增加的前提下。
可以看出，整個電堆產業鏈的成本下降速度極快，已超出很多行業人士此前的判斷。隨着燃料電池電堆功率的提升，進入2021年，價格戰也一觸即發。上海驥翀氫能科技有限公司董事長付宇表示，去年金屬板電堆已有打價格戰的苗頭，而無論金屬板電堆還是石墨板電堆，預計今年在成本上將有大幅度的下降。
行業最關注的首批燃料電池汽車示範城市羣公佈之後，將推動產業進一步快速進步。據前述證券分析師介紹，2021年燃料電池裝車量大概率超萬輛，明年可能就是3萬輛左右的規模，與之前兩三千輛相比將實現爆發式增長，而成本還會大幅下降，燃料電池將在重卡領域實現全壽命平價。
不過，新源動力總經理劉常福強調，燃料電池通過規模化降本，應該在保證質量的前提下。在他看來，資本市場應該針對某一個場景集中投資，比如重卡或礦山卡車，用萬輛級訂單把整個燃料電池汽車的產業鏈拉動起來。數量成規模後，再結合數據發現問題，從而進行產品改進和迭代。“不要急功近利，3～4年打磨一個好產品，再通過規模化把成本降下來，這樣進行商業化探索，就會越來越成功。”他説。