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目前，絕大部分燃料電池汽車採用質子交換膜技術，質子交換膜的質量直接影響著電池效能、壽命及整車成本。近期，我國首條全自主可控30萬平方米質子交換膜生產線正式投產，實現了氫燃料電池核心部件國產化，意味著我國在質子交換膜高階產品領域有了自主生產能力，將由此推動我國燃料電池核心材料產業大步向前。
作為氫燃料電池核心部件，質子交換膜好比電腦的中央處理器，其質量直接影響著電池效能、壽命及成本。早期，我國所用的質子交換膜幾乎全靠進口，1平方米摺合20多克，價格堪比同等重量的黃金。而今，僵局被打破。
近日，我國首條全自主可控30萬平方米質子交換膜生產線在武漢投產，這也是該領域目前技術最先進、一次性成膜最大的生產線。“專案打破了市場長期被國外廠家壟斷的局面，達產後可同時滿足2萬輛氫燃料電池汽車的用膜需求，也可用於固定式電站、備用電源、無人飛機等其應用場景。”國家電投氫能公司武漢綠動總經理劉真介紹。
實現燃料電池關鍵材料和零部件國產化、批次生產，有助於大幅降低整車成本。記者瞭解到，以上述專案為代表，國產化力量正在加速突圍。
效能更優的同時，價格較國外同類產品減半
目前，絕大部分燃料電池汽車採用質子交換膜技術，但要想兼顧高效能、長壽命與低成本卻非易事。自主生產、規模應用難在哪裡？
劉真告訴記者，現有的質子交換膜多采用全氟化聚合物材料合成，其穩定性好、壽命長，開發和生產難度卻很大，進而導致成本高、售價貴。“相比之下，國內相關研究起步較晚，技術積累薄弱，產業鏈配套一度不健全、不成熟，特別是高品質的關鍵原料和工藝裝置配套能力弱。若是批次生產，對工藝技術和裝備的專業化要求更高，加上前期投入大、回報週期長，很多企業往往動力不足，效能穩定的規模化生產難上加難。”
據瞭解，首條生產線實現多項突破。劉真舉例，透過採用先進高精度塗布技術和熱處理技術，可實現對質子交換膜塗布厚度的精細控制。先進的線上檢測及工藝過程檢測儀器，對質子交換膜的厚度、缺陷及瑕疵線上監測並實時反饋調整，可以有效提高批次化生產的一致性，進而大幅提升良品率、降低產品成本。
“除了更高的均勻性，產品在幅寬尺寸有了更多選擇，可以生產厚度從8微米到20微米的質子交換膜。這是我們自己的產品，在質子電導率、氣體滲透率、機械強度等方面均相當或優於國外同類產品，價格卻只有一半左右。”劉真稱。
中國科學院院士、武漢理工大學校長張清傑直言，質子交換膜成本對氫燃料電池發展有著重要影響，這一生產線的投產，意味著我國在質子交換膜高階產品領域有了自主生產能力，將由此推動我國燃料電池核心材料產業向前大步邁進。
產業鏈不能多而不強，自主化不是重複建設低質產能
在此基礎上，行業需要更多突破。“實現燃料電池關鍵材料和部件的國產化批次生產，就能大幅降低燃料電池發動機成本，進而降低整車價格。”早前在接受記者採訪時，中國工程院院士衣寶廉就表示，我國在整車、系統等方面早有佈局，但零部件企業相對較少，尤其是核心部件、材料及其配套工藝相對滯後。“諸如空壓機、氫氣迴圈泵等裝置，國內雖有企業介入，但大部分關鍵零部件仍依賴進口，無形中增加成本。”
多位人士證實，目前，電解水、氫氣純化等制氫環節基本不存在“卡脖子”問題，但產業鏈中下游國產化率仍待提高。“準確來說，很多裝置不是完全做不出來，而是批次生產的可靠性、穩定性面臨挑戰。比如，精密調節、快速響應、穩定輸出以及故障率等方面，目前還有較大改善空間。自主化不是低質量產能的重複建設，而要朝著高質量方向發展。”浙江鋒源氫能科技有限公司董事長王海峰表示。
國家電投科技與創新部相關人士也稱，近年來，國產化程序加速，但氫燃料電池關鍵材料及部件“卡脖子”問題尚未完全解決，比如碳紙等關鍵材料仍未實現國產化，電堆和系統的可靠性、耐久性未得到充分驗證。“氫燃料電池技術標準、檢測體系也不夠完善。產業發展趨於同質化，集中表現在產業鏈企業多而不強。”
全國燃料電池及液流電池標委會副秘書長盧琛鈺稱，產業發展前期，核心裝置與關鍵材料的研發投入相對欠缺。要麼真正有實力、有創新能力的企業，缺乏更大更好的平臺及資金支援；要麼資金雄厚的大企業，往往更重視應用端投入，對材料和部件的重視程度不夠、投資力度不足。
部分技術實現領先，全面實現國產化批次生產可期
上述人士透露，包括武漢在內，國家電投還將在華北、華東、東北等區域建設產業基地，計劃形成年產萬套燃料電池電堆及催化劑、膜電極、雙極板等關鍵材料部件的自動化產線。除了質子交換膜，該公司還將推進催化劑、膜電極、雙極板等關鍵材料和部件的研發，在功率等級、功率密度、環境適應性、耐久性等方面達到國際先進水平。
“事實上，部分國產化技術水平已經達到、甚至超過國外商業化產品，下一步是形成大批次自主生產技術。因此，亟待加強上述關鍵材料核心部件的技術轉化，加快形成具有完全自主智慧財產權的批次製備技術、建立產品生產線，全面實現關鍵材料核心部件的國產化批次生產。”衣寶廉表示。
這一觀點得到盧琛鈺的贊同。“不可否認，我們的國產化程序顯著，部分質子交換膜、催化劑實現了小批次應用。但從整體看，國外產品仍佔據較大市場。提升電堆和系統設計能力，對相關核心材料、部件的要求更加細化；生產及測試裝備的能力、精度進一步提升；充分考慮如何將實踐所獲得的資料反饋到研發和工程化過程中，並且逐步最佳化——這些都是亟待補齊的短板。”
上述人士提出，在推動技術轉化應用的同時，可構建協同創新機制和合作交流平臺，加強科研機構、院校、企業等多方合作，鼓勵企業對突破性研究成果開展“先行先試”。同時構建政策保障體系，制定氫燃料電池技術及裝備中長期發展規劃，做好系統的頂層設計。
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