钜大LARGE | 点击量：483次 | 2022年09月26日
我国氢燃料动力电池产业化还缺什么
全国政协副主席、科技部前部长万钢，近日在《人民日报》撰文称，新能源汽车应及时把产业化重点向燃料电池汽车拓展。
一文掀起千层浪，特别是氢燃料电池是否具备了产业化条件，业界争议很大。
由此，我们不妨来看看，在氢燃料电池领域，中国家底儿有多厚？产业化还需要补足什么？
1我们有什么？
说到燃料电池，最核心的材料是质子交换膜、催化剂、气体扩散层、以及双极板。质子交换膜、催化剂和扩散层经过一定的工艺加工程膜电极（MEA），而膜电极是燃料电池的心脏。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
A质子交换膜
质子交换膜是膜电极中最核心的部件之一。对于质子交换膜，有三个主要的技术要求：
（1）必须具有较高的质子导电性
（2）必须有足够低的气体渗透率
（3）在运行环境下具有足够的化学和机械稳定性
在国内，上海有机所、大连化学物理所、武汉理工大学、山东东岳集团、新源动力等是质子交换膜主要开发和生产单位。以东岳的DF260隔膜为例，膜厚度为15微米，在开路电位情况下耐久性大于600小时，膜在保证性能的前提下运行寿命超过6000小时，干湿循环次数超过20000次，得到AFCC（AutomotiveFuelCellCooperation，戴姆勒-奔驰与福特的合资公司）的认可，并给东岳、上海交通大学张永明教授颁发了技术达标奖。目前，该膜已经定型量产，二代规划产能20万平方米，至少可满足每年20000辆全功率型FCV的需求。
B催化剂
催化剂以Pt（铂）催化剂为主。中国氢能专家衣宝廉院士在一次采访中曾提到，低Pt催化剂是燃料电池的主要技术方向。当一辆FCV的铂用量低于传统汽车三元催化中铂的用量的时候，就达到了目标。而制备壳型结构的催化剂是降低催化剂用量的一个有效的方法。
在“十三五”重点研发计划项目的支持下，大连化物所、上海交通大学、华南理工大学、北京大学、苏州大学等著名研究机构取得了多方面的进展。
除此之外，清华大学、重庆大学、厦门大学等研究机构也对非Pt催化剂开发展开了研究，并取得了阶段性成绩。虽然中国新型催化剂，其中一部分在性能和稳定性上已经超过商业催化剂，但尚未实现量产制备。
C膜电极
膜电极方面，如武汉理工新能源有限公司早已实现了商业化生产，产能已经达到5000平米，国内开发的第二代膜电极水平和国外商业化膜电极水平差距较小。目前，以开发有序化膜电极、新一代CCM技术为主要研发方向。
D双极板
双极板也是燃料电池的核心部件之一。如果按照功能去命名，可能叫做“双极集电分离板”更加贴切。基于双极板的作用，其特性必须兼具较好的导电、导热性能，极低的气体渗透率，要有足够的尺寸和足够的强度，还要耐腐蚀。双极板承担着电堆大部分的重量和成本，因此，低成本、轻量化、易生产，是对双极板的具体要求。
从材料上看，双极板主要分为石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板。目前，国内以开发金属双极板电堆为主要技术路线。尤其丰田Mirai推出钛基双极板燃料电池电堆之后，更坚定了行业开发金属双极板技术方向的信心。双极板技术的难点在于成型、焊接、涂层三个关键步骤。
上海治臻新能源装备有限公司依托于上海交通大学的技术力量，已经攻克了双极板成型、焊接、涂层三道技术难关，可以实现双极板国产化、批量化生产，设计年产量可达50万副，至少可供1500辆以上FCV使用。
由以上可以看出，虽然中国燃料电池技术与国际领先水平仍有差距，但已经初步具备了产业化的条件。
2我们缺什么？
A缺市场驱动力
市场需求是产业化的前提，而产业化又是降低成本的基础。燃料电池是关系国家未来能源结构的关键技术。如果只能满足小众的需求，那便是资源的浪费。但是迄今为止，燃料电池并没有找到一个很好的应用场景。纵观全球，燃料电池的盈利空间也极其有限。而在小规模试制阶段会有成本失真的现象。
举个例子，一台百千瓦级的全功率燃料电池电堆，双极板不锈钢用量只有几十公斤，没有市场规模，几乎没有大型钢厂会接这样的订单。只能去市场上抓性能差不多的材料，或委托小钢厂加工。材料性能和一致性很难保证。即使并非高价材料，也可能导致成品率降低，增加双极板成本。
这种情况不只出现在双极板，也出现在燃料电池电堆及系统各个部件之中。由于没有市场规模，大家缺乏国产化的动力。而对于技术课题和工程示范项目，往往对成本不太敏感。即使性能提上去了，价格也降不下来。因此，在没有市场规模的前提下，不论是研发成本、材料成本、制造成本、还是后期的维护服务成本都很难下降。
没有规模化成本就不能降低，成本不降低更没有规模化市场。这一死循环的破解方法是不遗余力地挖掘需求，这仰赖于企业家的能力和精神：发现未来的机会，现在敢于投入。但中国汽车主管部门的思路是，他们引导，企业家跟随。无论有没有万钢的文章，中国坚定推动氢燃料电池产业化，已经是非常明确的了。相较之下，氢燃料电池市场驱动力反而不足。能否政府引导先冷启动，市场驱动力随后跟上并接过大棒？我们乐观其成。
B缺战略性的资金
《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》提出了燃料电池的目标：“2020年实现质子交换膜燃料电池（以下称PEMFC）电源系统实现额定输出功率50~100kW、系统比功率≥300Wh/kg、电堆比功率3000W/L以上、使用寿命5000小时。”一个50kW的电堆，完成5000小时的寿命测试，仅氢气费用就要达到上百万甚至数百万之多，因此，发展燃料电池产业，需要大量的资金投入。
这次燃料电池势头和2006年那会儿不同，有许多资本进入，所以可能更有希望。但我有一丝担心，因为资本和资金虽然都是钱，但可能不完全一样。一种资本是风险投资，他要求你快速烧钱，尽快看到成效，然后以一个合理的回报退出。另一种虽然是行业投资，但在他们眼里，燃料电池是一个新的风口，他们在几乎没有太多思考的前提下，便跻身其中，一有风吹草动，可能像惊弓之鸟一样撤出。无论哪种资本，只能“锦上添花”，很难“雪中送炭”。
燃料电池是一条长线投资，换言之，燃料电池的获利属于未来。因此，燃料电池缺乏的是高瞻远瞩的战略投资。更加需要警惕的是，如果资本急功近利可能会产生“拔苗助长”的负面效果，比如把不合格的电堆推向市场，可能引发故障或者事故，除了安全隐患外，甚至会误导社会对燃料电池的认知，反而不利于燃料电池行业的发展。
C缺产业链
现在社会分工更加明细，如果燃料电池只是几个企业，而非一个产业，那势必是低效的。说到产业链，我们很容易想到制氢和储氢。依照Mirai的数据，百公里氢气消耗量约为0.6~0.7公斤。那么氢气的价格就直接关系到用户的使用成本。氢气价格的组成，受到制氢、纯化、储运、加氢站建设与运营、利润等诸多因素影响，甚至包括加氢计量的偏差。
未形成产业链，是除了市场规模外，另一个影响燃料电池成本的重要原因。或者通俗的说：这些材料和元器件都不是专为燃料电池设计的，因此可能存在着需求与性能和成本上的各种不匹配。如FCV一般使用碳纤维材料作为生产IV型瓶（非金属内胆全缠绕气瓶）的主要材料，这种材料的成本短期内成本可能很难降低。
D缺技术方向
船是谁造的？船是大海造的。因为不符合“大海的设计规范”的船，都已经沉没了。燃料电池该往哪走，市场是最好的指挥棒。
丰田公司开发的Mirai，为燃料电池行业提振了士气。但诸如钛基双极板，3D流道技术等，不应顺理成章地就成为燃料电池产业化的技术方向。比如双极板，钛基双极板耐腐蚀，轻量化，但是机械加工难度大，成本高。不锈钢不但材料成本低，也更易于加工，除冷压成型外，还可以采用热成型等其他工艺，因此也不失为一个好的选择。
缺乏技术方向还导致了另一个现象：观望。由于存在着技术不确定性的风险，很多企业不敢“盲目”的投入。一方面行业热火朝天，另一方面产业化推进速度很慢。
在市场需求不明确时，要根据企业的定位，目标客户，探索性的定制方向，而非千人一面。正如投资界说的：不能把鸡蛋放在同一个篮子里。在技术方向不确定时，百花齐放可能是更好的局面。
3怎么做
A找应用场景
如果燃料电池不能找到合理的应用场景，可能会成本失真，缺乏方向。前文提到那些国内的燃料电池研发机构，未必是产业化的最合适场所。他们有能力提升材料和电堆的各项指标，完善着各种理论，甚至开发原型机和工程样机……但这都不是达成产业化的充分条件。
福田氢燃料电池公交
燃料电池的场景，比如重载货车利用“液氢+燃料电池”的组合，或者特种燃料电池车辆（如叉车）。这些是企业家基于商业嗅觉所开发的应用，而非科学家的判断。燃料电池产业化的前提是，找到不得不使用燃料电池的应用场景。光阐述燃料电池的优势并没有什么帮助。
举个例子，在“有电有网”的场景，储能电池固然有调峰的功能，但并非是必须的。再加上峰谷电价差额较小，在成本上看加储能电池略显“鸡肋”。但如果“无电无网”的新能源发电场景下，储能电池就是必不可少的模块。同样，燃料电池的优势是“多网融合”，和其他电池不同，它不依赖外部电网，而是一种全新的发电模式。相比低功率密度的太阳能发电，燃料电池系统可能是一种更加适合的分布式电源（比如变成充电站）。它既不需要变压器增容，也不需要动辄几百平米的铺设空间，而且调度很快。
这就是我臆断的一个应用场景。应用场景合适，才有可能创造市场。有了市场，才会营造规模，而在规模之下，原来固有的问题，可能不再是问题。比如大家都担心燃料电池对贵金属催化剂的依赖，但当它初具规模，形成Pt回收的产业链条，这个担心将不复存在。
B相信自己的专家
如果有在丰田、本田、现代这样的FCV先进企业工作过的人，愿意在国内工作，恰好他们在国外还接触过燃料电池，国内企业很多企业都会趋之若鹜。且不说这些“洋专家”是否货真价实，即使他们真的了解核心技术，也未必能将中国的燃料电池技术推向新的高峰。
技术应用，也要因地制宜。需要技术专家，更需要技术团队，研发机制，资金支持，绩效管理等一系列影响因素。一个企业，很难因为某个专家而改变基因。也许这些洋专家自己也很清楚，他的价值，多来自于不对称的信息。为保证自己的收益，也很少有人愿意把自己掌握的东西全盘托出。
我们有自己的专家，在燃料电池研发的道路上，走了十余年或者几十年，更重要是，他们更了解国情，提出的建议更具有可行性。
某次会议上，一位德国专家在回答中国企业的征询是说了一句：FürIhreChina-Problem,solltenSieIhreeigenenchinesischenExperteninformieren（中国的问题，要请教中国自己的专家）。这句话我非常赞同。
C灵活的战略
日本在氢能方面可说是世界的典范，“建立氢能社会”更是日本的国家战略之一。日本为什么这么做？日本资源匮乏，核电+氢能的技术路线，可能帮助日本摆脱进口能源的依赖。大家经常说“地缘经济”“地缘政治”，我想“地缘能源”也同时成立。
首先，战略制定要因地制宜。中国每年大量的可再生能源无法上网，出现了大量的弃风弃光现象。是否一定可以用这些电能电解水制氢？姑且认为商业模型成立，但根据质量守恒，每生产1公斤氢气，所需要的水为9公斤（实际更多）。因此不见得有弃风弃光的地方都适合电解水制氢，还需要考虑当地是不是有充足方便的水源。
其次，要发展的看问题。发展清洁能源战略必会有一个趋势：未来可再生能源的上网率将大量提升，这就意味着弃风弃光现象将减少。可再生能源发电制氢作为一个长期投资项目，必须考虑这个因素在未来对经济模型的影响。
第三，战略要可执行，不能为氢能而氢能。即使是日本，今年也提出了“氢电并重”的战略方向。
日本计划2020年氢燃料电池车市场份额达1%，2030年达到3%，远远少于电动汽车和插电式混合动力。
D建立产业链
制造行业不比互联网企业，由于其重资产的特点，很难短期内出现可能掌控全产业链的寡头。建立产业链，既需要决心，更需要实力。德国有一家企业叫ElringKlinger，他是车企的供应商。最近很快推出了自己的电堆，我觉得这得益于他在金属成型方面的积累。拉行业外有实力的企业入伙，是快速加快产业链建设的有效途径。
比如燃料电池系统中的核心部件空压机，我第一个想到的就是那个掌握空气压缩机核心技术的格力。科学不等于技术，技术也不等于产品，每一步都有一道鸿沟。如果格力进入，要比几个工程师拿笔钱创业靠谱一些。多挖掘这样的企业进入，可能大大加速燃料电池产业链的进程。
4总结
什么是产业化？我的理解是有规模化的市场，标准化的产品，专业化的分工，以及合理的商业模式四个条件。如果用这四个标准来衡量，燃料电池目前所处的产业状态比较初级，但是具备了初步产业化的条件。
有好的土壤，才能孕育出好的技术。不过，目前中国汽车主管部门的思路，如万钢文章指出的，将远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等纯电动汽车不能覆盖的市场需求，确定为氢燃料电池的应用场景。这一官方指引，和民间企业的判断，大体一致。另外，根据中国的节能与新能源汽车技术路线图，2020年将有5000辆氢燃料电池市场，2025年将有5万辆的市场。这些因素，有望带动氢燃料电池产业化的开始。
最后，我想以一个正能量的消息作为结尾：
美国媒体VerticalNews报道，2025年，全球燃料电池市场预计达到248.1亿美元的市场规模，CAGR（CompoundAnnualGrowthRate，复合年均增长率）预期可以达到20.9%。
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