中汽創智邱天杰：我國燃料電池產業正處于研發到量產的關鍵階段

2023年12月20日下午，在一場論壇上，中汽創智科技有限公司氫燃料動力開發部 邱天杰發表《燃料電池電堆核心零部件產業化的機遇與挑戰》主題分享。

邱天杰表示，燃料電池的應用場景廣泛，產品構成靈活，現階段我國正處在從研發到量產的關鍵階段，與之對應的是核心材料開發、結構設計、成熟可靠的工藝迭代三大挑戰。

以膜電極為例，燃料電池膜電極對電堆的性能壽命起著決定性的作用。目前，膜電極產業化面臨著兩個瓶頸問題。一個是科學與技術相對獨立，導致材料開發和工程應用不匹配，比如現階段市場多數膜電極僅提供一年質保，但乘用車、商用車有著5年、10年的質保要求；第二個是應用空氣環境還處于富碳高氮多硫的空氣環境，很容易導致膜電極和核心材料發生毒化現象，在性能、耐久、一致性等指標驗證上不充分。

目前，對于催化劑、質子交換膜以及氣體擴散層這些核心材料，80%以上依賴進口，而一些高端產品更是被國外壟斷，我國現階段國產化的這三個核心材料在性能、壽命和成本上仍與國際頭部企業有著一定差距。

基于以上燃料電池電堆和核心零部件面臨的機遇與挑戰，中汽創智的氫燃料電池研發工作就立足于仿真、實驗和工藝結合這一基本點展開。

中汽創智是由兵器裝備集團、中國一汽、東風公司、長安汽車、南京江寧經開科技共同出資160億成立，根據國家重大戰略組建的新型央企創新聯合體，貫徹落實國家雙碳戰略，在智能底盤、新能動力、智能網聯三大業務領域聚焦技術研發，實現產業化。

邱天杰介紹，在業務規劃上，中汽創智采用“剝洋蔥”形式，從系統-電堆-關鍵材料逐步實現核心技術突破，滿足股東方和氫能應用市場需求，解決卡脖子技術。

中汽創智具備催化劑、氣體擴散層、膜電極、電堆和系統五類核心產品，技術路線始終以車端需求為導向，正向開發氫燃料電池，對關鍵材料部件進行技術優化以及產業協同，實現膜電極的批量制備和電堆匹配設計，最終進行車端的示范應用。充分發揮催化劑-膜電極-雙極板-電堆的“四位一體”研發優勢，進行交叉驗證，最終攻克核心技術并實現領先。

邱天杰表示， 團隊支撐方面，目前申請燃料電池相關發明專利132項，實用新型專利17項，軟著4項，已經構建了從宏觀向介觀、微觀尺度的燃料電池仿真能力，從整車級到材料級的多尺度、多維度、多物理場仿真體系，為產品研發及優化提供指導。

目前，中汽創智已在南京的“兩區四地”建立了3000平方米的研發中心及實驗基地，形成了完整的材料，電堆及系統的開發測試能力。規劃在2025年實現材料、零部件、總成三個方面合計五類產品（催化劑、GDL、膜電極、電堆及系統）全面量產。

中汽創智以更加貼近市場的電堆和氫燃料系統開發為起點，實施平臺化開發理念，自主完成3款電堆及2款氫燃料系統開發，并實現2款整車搭載應用。同時，在核心技術掌握及突破上也取得階段成果，完成了百克級Pt/C催化劑制備、氣體擴散層小樣開發、第一代膜電極和雙極板產品開發。

邱天杰表示，電堆及系統方面，中汽創智已完成電堆平臺模塊化開發，功率范圍覆蓋40-210kW，產品體積功率密度達5.15kW/L；采用長耐久抗反極膜電極、高導電耐腐蝕涂層雙極板，實現整堆15000小時長耐久壽命；可實現零下30攝氏度無輔助冷啟動。具備高功率密度、壽命長久、寬溫域性、高可靠性、模塊化設計五大特點。

在此基礎上開發完成了110kW氫燃料電池系統，在研180kW氫燃料電池系統，公司搭載了18噸氫燃料電池灑水車、10.5米氫燃料電池公交兩款進行示范，累計運營里程超17000公里。同時，公司還搭建了云端監控平臺，可對車輛運行情況進行數據的實時監控，實現故障預警。

此外，在膜電極方面，中汽創智產品始終以滿足應用端高功率輸出，長壽命、復雜公開運行和低成本出發，解決車用燃料電池“膜電極、催化劑、氣體擴散層”技術難題，包括大電流局域傳質阻抗、核心材料的衰減、批量化制造過程中可靠性一致性等問題。中汽創智未來也將堅持以膜電極功率提升為主軸，實現單堆電堆、系統功率躍升。