前言：高級檢索分析師關(guān)婧如、劉勝在觀展之后從儲氫瓶、電堆、動力系統(tǒng)、空壓機和金屬雙極板五個角度進(jìn)行全面分析。本篇為電堆方面的梳理，電堆是燃料電池的核心部件，由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。單體電池是由雙極板與膜電極組成的，若干個單體電池之間。若干單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。

2019年日本燃料電池展會上，眾多廠商展出了其電堆相關(guān)產(chǎn)品，本文將介紹參展的廠商及其相關(guān)產(chǎn)品介紹。

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動力系統(tǒng)篇

空氣壓縮機篇

金屬雙極板篇

儲氫瓶篇

（一）佛吉亞——燃料電池電堆

佛吉亞成立于1997年，主要致力于四大汽車產(chǎn)品：座椅系統(tǒng)、排放控制技術(shù)系統(tǒng)、內(nèi)飾系統(tǒng)和外飾系統(tǒng)，已發(fā)展為全球領(lǐng)先的汽車零部件科技公司。通過優(yōu)化氫氣在燃料電池堆的儲存和輸出，佛吉亞一直在探索汽車產(chǎn)業(yè)改良燃料電池技術(shù)，使之產(chǎn)業(yè)化的方法。2019年，佛吉亞與米其林簽署了戰(zhàn)略協(xié)議，合資成立的Symbio公司，共同攜手成為氫動力未來的領(lǐng)導(dǎo)者，并加快適應(yīng)不同場景的高效燃料電池系統(tǒng)的市場推廣。

在2019年日本國際氫能及燃料電池展會上，佛吉亞展出了其儲氫罐和燃料電池電堆（電堆見圖15），同時，佛吉亞正在與CEA（法國新能源與原子能委員會）展開合作，基于CEA在燃料電池電堆及核心部件的多年研究成果，佛吉亞將流體動力學(xué)和催化劑技術(shù)融入其中，致力于研發(fā)和量產(chǎn)高性能的燃料電池電堆。

圖15 佛吉亞燃料電池電堆

（二）眾宇動力

眾宇動力系統(tǒng)科技有限公司（以下簡稱眾宇動力）于2011年在武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)成立，其核心技術(shù)為燃料電池動力系統(tǒng)，公司主營業(yè)務(wù)為燃料電池系統(tǒng)及氫能相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。2012年，眾宇動力開發(fā)了水冷和風(fēng)冷兩個電堆技術(shù)平臺，經(jīng)過幾年的技術(shù)更新，在2018年，其35kW和41kW車用動力系統(tǒng)通過國家轎車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的性能及高低溫存儲強檢。

眾宇動力在展會上展出了其燃料電池大巴運行的視頻，并展出了多款燃料電池電堆產(chǎn)品，功率等級覆蓋范圍至50kW。

圖16 眾宇動力燃料電池大巴

圖17 眾宇動力40kW電堆

圖18 眾宇動力50kW電堆

在小型燃料電池系統(tǒng)方面，眾宇動力提供T-Series氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)（以下簡稱T-Series，見圖19），T-Series由燃料模塊提供氫氣，輸送給燃料電池模塊發(fā)電，輔助電源為系統(tǒng)提供啟動用電，在系統(tǒng)啟動之后，由燃料電池模塊為負(fù)載供電。該系統(tǒng)由燃料電池模塊(包含控制器)、CVM單電池電壓監(jiān)測模塊(選配)、維護(hù)及電子負(fù)載模塊(選配)組成。該小型燃料電池基于風(fēng)冷平臺開發(fā)，具有體積小、重量輕、效率高、噪音低，使用靈活、方便等優(yōu)點（具體見圖20），主要面向全球范圍內(nèi)的高校、科研院所、教學(xué)機構(gòu)、以及燃料電池系統(tǒng)集成商，提供一系列不同功率（6種）的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，用戶可從標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中直接選擇，同時也可根據(jù)需求來定制系統(tǒng)功率。

眾宇動力小型燃料電池電堆

圖19 眾宇動力 T-Series氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

圖20 T-Series優(yōu)點

（三）Ballard Power

Ballard Power（以下簡稱巴拉德），1979年成立于加拿大，從1983年起，巴拉德就開始致力于PEM燃料電池的開發(fā)，并在2017年成為第一家為公共汽車提供超過1000萬累積公里收入服務(wù)的燃料電池公司。巴拉德通過利用多年的燃料電池專業(yè)知識，為不同的客戶提供創(chuàng)新的清潔能源解決方案，并努力成為全球領(lǐng)先的創(chuàng)新清潔能源解決方案供應(yīng)商。

在燃料電池電堆方面，目前巴拉德提供FCgen®和FCvelocity®系列。巴拉德燃料電池堆產(chǎn)品的主要優(yōu)勢有：經(jīng)過35年的產(chǎn)品開發(fā)，巴拉德已經(jīng)完善了膜電極組件（膜電極為電堆的核心組件）；巴拉德可提供整套的系統(tǒng)設(shè)計和集成流程，方便客戶利用；采用自動化和連續(xù)的制造流程來確保高質(zhì)量和低成本；與一級汽車制造商的廣泛合作推動了產(chǎn)品耐用性和性能的提升，同時迅速降低了產(chǎn)品成本；可選擇風(fēng)冷或液冷式燃料電池組，并為客戶提供優(yōu)化；耐用性高，已部署超過320MW的產(chǎn)品。

巴拉德的燃料電池電堆主要基于液冷和風(fēng)冷兩種方式，液冷燃料電池電堆包括FCvelocity®-9SSL和FCgen®-LCS；風(fēng)冷燃料電池電堆包括FCgen®-1020ACS和，F(xiàn)Cgen®-micro。下面分別進(jìn)行介紹。

Ballard的液體冷卻FCvelocity®-9SSL燃料電池電堆（見圖21）設(shè)計可滿足動力應(yīng)用苛刻的駕駛循環(huán)耐用性要求。其主要特點有：可擴展功率輸出（從4kW到21kW）；液冷系統(tǒng)可實現(xiàn)高耐用性；能快速、動態(tài)響應(yīng)；理論壽命大于20,000小時。FCvelocity®-9SSL燃料電池電堆可應(yīng)用到公交車、輕軌車輛和電動叉車中。

圖21 FCvelocity®-9SSL燃料電池電堆

FCgen®-LCS（見圖22）是巴拉德30年燃料電池研發(fā)經(jīng)驗的最新成果，也是巴拉德在汽車項目，催化劑和MEA研發(fā)活動中的最新創(chuàng)新以及在道路上收集超過1300萬公里的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的集中體現(xiàn)。巴拉德通過采用耐用的MEA、可重復(fù)使用的低成本碳板、緊湊的堆棧設(shè)計和優(yōu)化的操作條件的來提高液冷電堆的長期性能以及降低其總周期壽命成本。FCgen®-LCS將被集成到巴拉德下一代HD動力模塊產(chǎn)品中，并于2019年實現(xiàn)商業(yè)化。

圖22 FCgen®-LCS燃料電池電堆

FCgen®-1020ACS空氣冷卻燃料電池電堆（見圖23）能夠進(jìn)行動態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定可靠地運行以及具有簡化系統(tǒng)設(shè)計的架構(gòu)。其主要特點有：可擴展功率輸出（從400W到3.3KW）；開放式陰極堆疊和自增濕MEA消除了加濕器、冷卻液泵和散熱器；穩(wěn)定可靠的性能；理論壽命長達(dá)10,000小時。FCgen®-1020ACS適用于各種各樣的低功率應(yīng)用和混合動力系統(tǒng)的設(shè)計。

圖23 FCgen®-1020ACS燃料電池電堆

FCgen®-micro空氣冷卻燃料電池電堆（見圖24）是巴拉德提供的一種高度通用的低功率氫燃料電池電堆，特別適用于便攜和娛樂應(yīng)用，如筆記本電腦、手機充電器等。另外，巴拉德還提供了FCgen®-micro（NPMC），它含有非貴金屬催化劑（NPMC），可以節(jié)省成本并提高對常見的空氣污染物如S0x（硫氧化物）的耐受性。FCgen®-micro的主要特點有：額定功率30W；緊湊的堆疊設(shè)計；開放式陰極堆疊消除了加濕器，冷卻液泵和散熱器；提供鉑或非貴金屬催化劑陰極設(shè)計；產(chǎn)生干凈的直流電源。

圖24 FCgen®-micro燃料電池電堆

（四）江蘇冰城氫能股份有限公司

江蘇冰城氫能科技有限公司（以下簡稱冰城）成立于2014年。冰城依托清華大學(xué)的“973”項目“氫能的規(guī)模制備、貯運及相關(guān)燃料電池技術(shù)”基礎(chǔ)研究成果和“863”計劃“千瓦級全國產(chǎn)材料質(zhì)子交換膜燃料電池的研制與開發(fā)”課題成果，建立了校企產(chǎn)學(xué)研長期合作關(guān)系。經(jīng)清華大學(xué)專利實施許可和對公司技術(shù)、生產(chǎn)人員進(jìn)行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，冰城已經(jīng)掌握了國產(chǎn)材料制備高性能部件和模塊化電堆組裝等多項關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)當(dāng)前市場需求，特別是便攜式備用電源、無人機動力電源等高能量密度特種電源的需求，與清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出了第二代輕型燃料電池發(fā)電機。2017年以來，冰城開始開辟國際市場，與多家工業(yè)無人機品牌達(dá)成戰(zhàn)略合作。

在燃料電池電堆方面， 冰城現(xiàn)可提供規(guī)格分別為200W、500W、1000W、1500W和2000W的氫能電堆（見圖25）。其中200W和500W的電堆可分為碳板電堆（采用燃料電池單元模塊制備而成）和金屬電堆（采用金屬雙極板與膜電極制備而成）；1000W、1500W和2000W的電堆為金屬電堆。（具體產(chǎn)品規(guī)格見下表）

圖25 冰城氫能電堆（從左到右，從上到下依次為200W、500W、1000W、1500W和2000W氫能電堆）

冰城氫能電堆的主要優(yōu)勢是：

1) 即插即用：冰城將所有復(fù)雜工序留給自己，把最簡化的應(yīng)用方式提供給客戶，實現(xiàn)氫能動力電源的即插即用。

2) 清量小型：冰城的產(chǎn)品相較于同類產(chǎn)品而言，在滿足同等功率需求的前提下，可以實現(xiàn)產(chǎn)品更加的輕量化和小型化。

3) 安全穩(wěn)定：冰城擁有用于測試驗證的完善實驗體系，憑借先進(jìn)的制造能力，和7道測試工序?qū)訉域炞C，能夠快速生產(chǎn)安全、可靠并經(jīng)過嚴(yán)格測試的的氫能動力電源。

（五）新源動力

新源動力股份有限公司（以下簡稱新源動力）成立于2001年，是中國第一家致力于燃料電池產(chǎn)業(yè)化的股份制企業(yè)，集燃料電池科研開發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、系統(tǒng)集成、標(biāo)準(zhǔn)制定、人才培養(yǎng)，產(chǎn)業(yè)化實踐于一體。同時，新源動力還是國家燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定的副主任委員單位，“燃料電池及氫源技術(shù)國家工程研究中心”承建單位，現(xiàn)已初步完成產(chǎn)業(yè)化布局和15000kW/年的產(chǎn)能建設(shè)。

關(guān)于燃料電池電堆方面，新源動力已研發(fā)出第二代和第三代車用質(zhì)子交換膜燃料電池電堆模塊。HYMOD-36（見圖26）是第二代車用質(zhì)子交換膜燃料電池電堆模塊（具體參數(shù)見下圖），其技術(shù)性能卓越，并已通過國內(nèi)多家大型汽車制造企業(yè)多種車型的裝車實驗驗證，裝車數(shù)量約500臺，累計運行里程超過500萬公里。

圖26 新源動力 HYMOD-36燃料電池電堆

HYMOD-70（見圖27）是第三代車用質(zhì)子交換膜燃料電池電堆模塊（具體參數(shù)見下圖），采用薄金屬雙極板制得，其技術(shù)性能更加卓越，適用于乘用車和商用車的應(yīng)用。HYMOD-70的產(chǎn)品優(yōu)勢有：結(jié)構(gòu)緊湊；高可靠性和耐久性；啟動速度快；環(huán)境適應(yīng)性強；易于系統(tǒng)集成。

圖27 新源動力HYMOD-70燃料電池電堆

（六）清能燃料電池集團(tuán)

清能燃料電池集團(tuán)（以下簡稱清能）于2003年成立，目前在全世界有8個子公司，15個辦事處。清能立足于自主開發(fā)的覆蓋燃料電池核心材料到電堆系統(tǒng)的完整技術(shù)平臺，顯著降低商業(yè)化應(yīng)用成本，以此來改變?nèi)剂想姵匦袠I(yè)的格局。清能從小巧簡易的燃料電池產(chǎn)品開始起步，逐步推出了更大更復(fù)雜的燃料電池系統(tǒng)，其中包括了100KW以上的發(fā)電系統(tǒng)及集成甲醇重整裝置的解決方案。清能燃料電池的技術(shù)平臺主要包含三個主要部分：質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)（燃料電池電堆）以及材料；氫氣發(fā)生（甲醇重整、電解、化學(xué)制氫）；氫氣儲存和壓力相關(guān)設(shè)備。

目前，清能有H、T、XR三個系列的燃料電池電堆。H系列燃料電池電堆（見圖28）是一種空冷電堆，其特點有：是一種高功率密度燃料電池；重量輕、體積小、便于安裝和移動；啟動速度快、響應(yīng)時間短；無噪聲，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；環(huán)境適應(yīng)好，適應(yīng)各種天氣變化；控制策略簡單，易于整合到各類應(yīng)用系統(tǒng)中。

圖28 清能H系列燃料電池電堆

T系列燃料電池電堆（見圖29）是一種燃料電池備用電源解決方案，其特點有：系統(tǒng)可以提供穩(wěn)定、持續(xù)的電源；工作環(huán)境要求低,適用多種應(yīng)用場合；系統(tǒng)可連續(xù)長時間發(fā)電，無需停機保養(yǎng)，維護(hù)簡單；燃料電池系統(tǒng)中有多種傳感器，系統(tǒng)可自動采取應(yīng)對措施；提供提供完備的遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)測和管理功能；運行無噪音、環(huán)保；維護(hù)成本低、燃料消耗少等。T系列燃料電池電堆可應(yīng)用于電信基站、遠(yuǎn)程監(jiān)控、鐵路信號燈、數(shù)據(jù)中心以及地質(zhì)勘測等場景。

圖29 清能 T系列燃料電池電堆

XR系列燃料電池電堆（見圖30）能達(dá)到59%的高效率，系統(tǒng)功率冗余大，氫氣換氣頻率和時間大大減少。

圖30 清能 XR系列燃料電池電堆

總結(jié)：燃料電池電堆向著小型化、大功率、高功率密度、高效率方向發(fā)展，目前國內(nèi)電堆相關(guān)的企業(yè)正在努力趕超國外燃料電池企業(yè)，并且已經(jīng)積累了很多裝車運行的經(jīng)驗。受到國家補貼政策影響，目前燃料電池電堆主流功率逐漸提高，各廠商都在積極研發(fā)更大功率的燃料電池電堆，這對燃料電池其他零部件供應(yīng)商也提出了更高的要求。