鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:771次 | 2020年03月05日
氫燃料鋰電池汽車的“青春期”迷途
“先是輿論造勢(shì),然后資本入場(chǎng),大批初創(chuàng)公司冒出,在一陣狂歡過(guò)后,看不到實(shí)際利益的資本退潮,無(wú)力維持經(jīng)營(yíng)的初創(chuàng)公司舉步維艱,再經(jīng)歷一波重新洗牌后,行業(yè)才逐漸進(jìn)入正軌?!币晃煌顿Y人看來(lái),國(guó)內(nèi)的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律往往如此。
在如火如荼的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展序列中,出現(xiàn)了燃料鋰電池汽車這個(gè)新面孔。
很多人第一次聽(tīng)說(shuō)氫燃料鋰電池汽車,還是在2018年五月,當(dāng)時(shí)領(lǐng)導(dǎo)人考察豐田廠時(shí)的舉動(dòng),被解讀為對(duì)氫燃料鋰電池汽車行業(yè)釋放出利好信號(hào),國(guó)內(nèi)掀起一陣輿論狂潮。
幾乎在一夜之間,氫燃料鋰電池成為各大搜索引擎的熱詞,迅速成為網(wǎng)紅。
實(shí)際上,氫燃料鋰電池的發(fā)明時(shí)間甚至比內(nèi)燃機(jī)還要早。早在1839年,英國(guó)人WilliamR.Grove就發(fā)明了氫燃料鋰電池,取名為氣電池。但由于氫氣供應(yīng)和電池組件的技術(shù)難題,產(chǎn)業(yè)化遲遲難以突破。盡管1967年GM研發(fā)成功了第一輛氫燃料鋰電池汽車,但直到2013年,現(xiàn)代的第三代車型ix35FCEV才實(shí)現(xiàn)了氫燃料鋰電池汽車的首次商業(yè)化量產(chǎn)。至此,距離氫燃料鋰電池出現(xiàn)已經(jīng)過(guò)去174年。
即便如此,在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力上,豐田、現(xiàn)代等技術(shù)領(lǐng)先的氫燃料鋰電池汽車尚不足以與燃油汽車,動(dòng)力鋰電池汽車抗衡。
在政策引導(dǎo)和資本加持下,與海外先進(jìn)廠商差距明顯的國(guó)內(nèi)氫燃料鋰電池汽車加速發(fā)展,如同進(jìn)入“青春期”的孩子般,關(guān)于未來(lái)發(fā)展方向的迷茫隨之而來(lái)。
技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展孰先孰后
“太貴了,太貴了!”
在全國(guó)首個(gè)市場(chǎng)化建設(shè)運(yùn)營(yíng)的瑞暉加氫站調(diào)研活動(dòng)中,當(dāng)了解到加一公斤氫氣在沒(méi)有補(bǔ)貼的情況下要60元時(shí),全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員及副秘書(shū)長(zhǎng)王業(yè)勤連聲說(shuō)貴。
王業(yè)勤關(guān)心的價(jià)格問(wèn)題出現(xiàn)在了2019年兩會(huì)期間的《政府工作報(bào)告》中。四月初,《國(guó)務(wù)院關(guān)于落實(shí)重點(diǎn)工作部門分工的意見(jiàn)》再次提及加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),明確加氫站建設(shè)、審批的主管部門,為打通加氫站建設(shè)審批流程奠定基礎(chǔ)。
佛山、中山、濟(jì)南、六安等多個(gè)城市氫燃料補(bǔ)貼政策相繼出臺(tái),以補(bǔ)貼促進(jìn)加氫站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。
按照工信部組織制定的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》,到2020、2025、2030年將分別建成100、300、1000座加氫站。
據(jù)了解,由于加氫站建設(shè)成本過(guò)高,市場(chǎng)需求不足,截止2018年底國(guó)內(nèi)加氫站數(shù)量?jī)H26座,早在2007年、2010年建成的上海世博會(huì)加氫站和廣州亞運(yùn)會(huì)加氫站甚至已經(jīng)拆除。在目前的技術(shù)環(huán)境和市場(chǎng)條件下,突然開(kāi)始在全國(guó)布局氫能網(wǎng)絡(luò),是否舍本逐末?
新材料在線?調(diào)研發(fā)現(xiàn),行業(yè)內(nèi)對(duì)此呈兩種態(tài)度。
一方觀點(diǎn)認(rèn)為在當(dāng)前氫能技術(shù)和燃料鋰電池技術(shù)都并不成熟的情況下,應(yīng)當(dāng)優(yōu)先發(fā)展技術(shù)而非實(shí)際應(yīng)用。
以制氫為例,清華大學(xué)陳全世教授就曾指出,燃料鋰電池技術(shù)所要的氫純度要求非常高,至少要達(dá)到99.99%,其中一氧化碳的濃度要保持10-6以下,否則會(huì)導(dǎo)致催化劑鉑金中毒。工業(yè)副產(chǎn)的氫氣提純難度大,而電解水制氫純度高,但成本是煤炭天然氣制氫的2-3倍。
除此之外,氫氣的儲(chǔ)備、運(yùn)輸、加注都對(duì)技術(shù)和成本提出了很高的要求。
我國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高在公開(kāi)發(fā)言中表示,“現(xiàn)在的氫能技術(shù),如制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫等,很多都是多年前的工藝,這些工藝能效偏低、成本偏高,并不理想,要技術(shù)上的更新?!?/p>
盡管技術(shù)方面存在諸多問(wèn)題,但主流觀點(diǎn)仍然堅(jiān)持應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)在應(yīng)用端的扶持力度,我國(guó)工程院院士干勇就是其中代表。
“氫能的應(yīng)用牽扯到一系列的綜合技術(shù),從材料,到運(yùn)輸、加氫,再到最后運(yùn)行,氫能產(chǎn)業(yè)較為復(fù)雜,純靠市場(chǎng)機(jī)制和某一個(gè)公司無(wú)法完成,要充分發(fā)揮體制優(yōu)勢(shì),有效地組織各方利益相關(guān)者、清晰的操作路徑非常重要?!?/p>
在一次論壇公開(kāi)演講中,干勇特別強(qiáng)調(diào)氫燃料鋰電池不能走鋰離子電池的老路,應(yīng)當(dāng)特別重視加氫站的作用。
廣東省燃料鋰電池技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任廖世軍對(duì)接受新材料在線?解釋:“國(guó)家關(guān)于氫燃料鋰電池目前采取的是一種末端拉動(dòng)戰(zhàn)略,構(gòu)成需求后倒逼上游產(chǎn)業(yè)發(fā)展,通過(guò)氫燃料鋰電池汽車來(lái)帶動(dòng)電堆的發(fā)展,通過(guò)電堆來(lái)帶動(dòng)材料的發(fā)展。”
基礎(chǔ)部件與核心技術(shù)的路線之爭(zhēng)
“好大喜功是我們這個(gè)行業(yè)最大的問(wèn)題,將過(guò)多的精力聚焦在高難度技術(shù)上,而許多基礎(chǔ)部件的問(wèn)題都沒(méi)有做好?!币晃粡氖職淙剂箱囯姵匮邪l(fā)二十余年的工程師對(duì)新材料在線?稱。
在技術(shù)層面,關(guān)于氫燃料鋰電池的技術(shù)發(fā)展路線同樣存在激烈爭(zhēng)議。新材料在線?調(diào)研發(fā)現(xiàn),多名從事研發(fā)工作的一線工程師關(guān)于氫燃料鋰電池行業(yè)浮躁的氛圍表示不滿。
從氫燃料鋰電池的結(jié)構(gòu)來(lái)看,由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層三者構(gòu)成的膜電極組件是最核心的部件。由于其核心關(guān)鍵作用,許多初創(chuàng)公司將核心發(fā)展目標(biāo)定位于上述材料的突破。
燃料鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
然而在上述從業(yè)多年的工程師看來(lái),除了核心部件,諸如電磁閥、傳感器等基礎(chǔ)部件,國(guó)內(nèi)目前都沒(méi)有做好,這些部件對(duì)氫燃料鋰電池的性能同樣重要。
相比執(zhí)著于將基礎(chǔ)工作做扎實(shí)的一線工程師,行業(yè)專家則更傾向于集中精力突破關(guān)鍵技術(shù)。
“我們并不一定要?dú)淙剂箱囯姵氐耐耆珖?guó)產(chǎn)化,許多輔助件都可以通過(guò)國(guó)際合作解決,但關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵材料一定要自己掌握?!绷问儡姺Q。
以質(zhì)子交換膜為例,其性能對(duì)氫燃料鋰電池的使用性能、壽命、成本等有決定性的影響,成本占到了整個(gè)燃料鋰電池堆的12%。
目前主流的質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜,其碳-氟鍵的鍵能高,使其力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異,而且其使用壽命也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他膜材料。然而制成全氟磺酸膜的重要原材料全氟磺酸樹(shù)脂長(zhǎng)期以來(lái)被美國(guó)科慕(Chemours)和日本旭化成等壟斷,盡管國(guó)內(nèi)如東岳集團(tuán)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)氟磺酸樹(shù)脂的量產(chǎn),但整體而言,國(guó)內(nèi)的加工技術(shù)仍不成熟。
催化劑是燃料鋰電池的另一大關(guān)鍵材料,其作用是促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過(guò)程。目前市面上,好的催化劑是鉑和鉑基催化劑。由于鉑金的昂貴和稀有,降低鉑用量一直是催化劑研究的重要方向。
從目催化劑研究海內(nèi)外比較來(lái)看,海外的鉑族金屬載量已經(jīng)進(jìn)展到0.06g/kW0.35mg/cm2;國(guó)內(nèi)為0.3g/kW,0.16mg/cm2?;钚运p方面,海外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3萬(wàn)次循環(huán)后衰減在5%以內(nèi);國(guó)內(nèi)3000次循環(huán)后衰減達(dá)到86%,技術(shù)差距仍然巨大。
氣體擴(kuò)散層在膜電極組起到機(jī)械支撐、實(shí)現(xiàn)氣體擴(kuò)散以及通導(dǎo)電流的作用,氣體擴(kuò)散層通常由基底層和微孔層組成,基底層通常使用多孔的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維非紡材料及碳黑紙來(lái)制備。然而,目前碳紙產(chǎn)品重要被日本東麗、德國(guó)SGL(被三菱收購(gòu))等幾個(gè)國(guó)際大生產(chǎn)商所壟斷,國(guó)內(nèi)的大規(guī)模量產(chǎn)水平仍未突破。
“現(xiàn)在我國(guó)的氫燃料鋰電池行業(yè)問(wèn)題就在于力量太過(guò)分散,幾個(gè)人就可以辦一家公司。氫燃料鋰電池要高水平,要大幅降低成本,要有競(jìng)爭(zhēng)力,這不是小事,所以應(yīng)該集中力量”。干勇公開(kāi)強(qiáng)調(diào)。
內(nèi)冷外熱之憂
我國(guó)氫燃料鋰電池車長(zhǎng)期以來(lái)依靠高校等科研單位在推進(jìn),大公司作為主體一直處于缺失狀態(tài),已經(jīng)參與的公司也猶豫不決。這導(dǎo)致我國(guó)燃料鋰電池汽車發(fā)展“起個(gè)大早、趕個(gè)晚集”。
據(jù)了解,早在1999年,清華大學(xué)就“做”出了第一輛燃料鋰電池觀光車。北京富原、綠能等公司在90年代就已經(jīng)展開(kāi)對(duì)膜電極等關(guān)鍵部件的研發(fā),苦于沒(méi)有下游市場(chǎng),以失敗告終。
盡管在經(jīng)歷2018年五月份的輿論高潮后,氫燃料鋰電池汽車熱度迅速提升,但在業(yè)內(nèi)人士看來(lái),熱鬧的僅僅是表象。
新材料在線?調(diào)研發(fā)現(xiàn),一家成立于2018年的氫燃料鋰電池初創(chuàng)公司,對(duì)外公開(kāi)的經(jīng)營(yíng)范圍包括“燃料鋰電池發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料鋰電池測(cè)試設(shè)備、儲(chǔ)能電池系統(tǒng)與自動(dòng)化控制相關(guān)的系統(tǒng)集成產(chǎn)品的研發(fā)、銷售、運(yùn)營(yíng)?!钡珜?shí)際上,該公司目前并無(wú)實(shí)質(zhì)性業(yè)務(wù)開(kāi)展。
“這個(gè)行業(yè)目前的狀況就是內(nèi)冷外熱,表面上轟轟烈烈,但實(shí)實(shí)在在做研發(fā)、做產(chǎn)業(yè)化的并不多。”上述工程師稱。
另一方面,關(guān)于氫燃料鋰電池汽車行業(yè)的支持仍在不斷加強(qiáng)。
2019年全國(guó)兩會(huì)間,政府對(duì)新能源汽車發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行了調(diào)整,將對(duì)純電動(dòng)汽車的補(bǔ)貼,轉(zhuǎn)向?qū)Τ潆姌?、加氫站等建設(shè)進(jìn)行補(bǔ)貼,將氫燃料鋰電池車寫(xiě)進(jìn)了新的汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,尤其是燃料鋰電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施加氫站的發(fā)展進(jìn)行了頂層政策支持。
三月十五日,十三屆二次會(huì)議審議后的《政府工作報(bào)告》補(bǔ)充了“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”等內(nèi)容。
發(fā)改委在《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃草案的報(bào)告》中也相應(yīng)新增了“加強(qiáng)城市停車場(chǎng)和新能源汽車充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”內(nèi)容。
政策的扶持能否帶動(dòng)帶動(dòng)氫燃料鋰電池汽車行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化熱情?依靠補(bǔ)貼帶動(dòng)的市場(chǎng)如何避免畸形發(fā)展?進(jìn)入“青春期”的氫燃料鋰電池汽車行業(yè)在疑惑中前行。