燃料電池材料“從有到強”進化

材料是一個產業發展的根基，對于正處在初級發展階段的我國燃料電池產業來說更是如此。在經歷了多年的發展之后，我國燃料電池產業從材料端逐漸擺脫了卡脖子風險，跨越了“從無到有”，開始向“從有到強”的商用征途邁進。

“新形勢下，我國氫電產業鏈開始由‘有’向‘強’轉變。”在不久前剛剛結束的“2023（第五屆）高工氫電產業峰會”上，GGII分析師李瑞連表示，整個產業鏈在材料端的表現來看，伴隨各細分領域的降本提效，材料環節的國產化已經進入到一個新的階段。

在該會議上，來自相關材料企業的嘉賓也從各自的細分領域出發，介紹了質子交換膜、氣體擴散層、膜電極、雙極板等不同領域的發展現狀，并針對產業發展過程中出現的問題，提出了專業的看法和建議。

國產材料進化動力在于“降本提效”

氫電產業要進入規?；逃脮r代，意味著產品的價格要符合終端用戶的要求，這樣就勢必會倒逼整個產業鏈加速降本。實際上，在加速降本的過程中，不同材料的進展有所不同，但殊途同歸的是，大家都在快速推動降本提效，為迎接規?；逃脮r代的到來做好準備。

“現在市場對石墨雙極板提出來低成本、高壽命、可大批量生產的需求，越來越多的電堆企業看好模壓石墨雙極板的發展。” 惠州杜科總經理、青島杜科常務副總鄭健保表示，模壓石墨雙極板的市場化正在不斷加快，目前杜科新材已為5家頭部電堆企業完成開模，今年將形成穩定的批量供貨。另一方面，杜科新材的氫電用膠方案已經拓展至整個產業鏈。

與杜科新材采用模壓工藝不同，另一家石墨雙極板代表企業華熔科技則是以機加工（CNC）為主。華熔科技副總經理葉天龍表示，華熔科技開發的第三代石墨原材料，石墨化的溫度2500℃，按照嚴格的升溫程序進行，以避免石墨板基材收縮和彎曲等變形。石墨原材料實體厚度突破至大于0.3mm，極大地提高相應電堆體積功率密度。

質子交換膜方面，國產與進口的差距正在不斷縮小。元雋氫能技術中心主任李海濱博士表示，當前質子交換膜的技術挑戰主要包括機械耐久性不足、化學耐久性不足。元雋氫能提出的一個解決方案是對ePTFE骨架進行表面改性；另一個方案是在膜體中加入雙層ePTFE增強。目前元雋氫能已經建成了中試線和量產線，可以通過連續涂布、在線干燥、自動卷繞，實現增強型質子交換膜的高質量生產。

除了元雋氫能，漢丞科技也是一家在質子交換膜領域產業化探索方面取得較大進展的公司。漢丞科技副總經理張德玉在其演講“創新超薄增強膜、強化功能又降本”的演講中，提到了其降本提效的方法。針對目前PEM制氫膜的成本過高和均質膜溶脹率過大痛點，漢丞科技首創超薄增強PEM膜卷材，創新解決方案。降低了膜的厚度及成本，提高了膜的電導率、強度及抗熱水溶脹率。其首創的可干法制膜電極及電解槽封裝，保證了PEM在使用時的尺寸穩定性及長壽命，有全球專利保護。

金屬板龍頭企業治臻股份則展示了其對于“超薄金屬板高質量大批量制造前景”的展望。治臻股份總經理藍樹槐表示，不管是制氫端還是用氫端，都面臨高性能、長壽命、低成本這三個挑戰。治臻股份致力于氫能核心組件全鏈條解決方案，從多維度構型設計（金屬極板大幅寬、小尺度流場結構）、長壽命涂層、低成本高性能密封、高精密成型等多層面對金屬極板制造降本提效，公司所生產的金屬極板及復合鈦氈等已經累計供應多家客戶超30款產品，在全國18個城市實現商業化運行。

膜電極方面，鴻基創能可謂是降本提效的先鋒企業。鴻基創能副總經理兼董事唐軍柯博士表示，燃料電池處在爆發前夜，核心材料膜電極面臨著單位千瓦成本降低、批量制造及質量能力6Σ提升、可靠性驗證、市場開拓等一系列極限的挑戰，需要業界共同努力做好。

鴻基創能團隊開發了國際領先的CCM陰陽極雙面直接涂布技術、膜電極一體化成型技術、膜電極自動化快速封裝技術，結合精益制造提升產品一致性及良率，實現了卓越性能及極具競爭力的成本。鴻基創能膜電極產品自2020 年投產至今，已完成超過3000臺燃料電池汽車裝車并投入使用，總運行里程超過5000萬公里。

加快驗證 突破技術和市場掣肘

燃料電池產業在材料端已經解決“從無到有”的問題，要實現“從有到強”就必須進一步擴大市場，走向規模化商用。這里面既有技術上需要突破的難點，也有市場規模偏小導致的動力不足。具體來看，體現在質子交換膜、氣體擴散層和催化劑等不同環節上既有相同點，也有不同之處。

質子交換膜方面，產品的一致性和穩定性與進口品牌存在一定的差距，目前最大的瓶頸在于缺乏足夠的匹配驗證數據，在追求安全可靠的前提下，下游電堆廠商更傾向采購進口產品。

在當前缺乏足量市場訂單的前提下，國產質子交換膜對比進口品牌的價格優勢并不明顯，進口品牌仍有較大降本空間，替換進口意味著需要經過必要的驗證和測試，這樣勢必會延長交付周期，下游企業缺乏替換的動力，這需要終端企業具備戰略耐心，給到國產供應商足夠的驗證時間。

氣體擴散層方面，當前氣體擴散層技術創新方向主要集中在提高碳紙基底層的機械強度、增強氣體傳輸性能、加強排水、控制滲透深度、平整度，降低粗糙度、增加涂層均勻性以及增強導電性等方面。

事實上，氣體擴散層的國產化難度不是特別大，主要難點在工程化上。國內氣體擴散層企業發展時間短，還缺乏充分的驗證，特別是針對不同工況的應用欠缺經驗和數據積累，最關鍵是要解決供應鏈管理和質量控制這兩大核心問題。

催化劑方面，從技術方向來看，主要聚焦在降低鉑使用量的基礎上提高催化劑性能，目前國內企業研究以鉑碳催化劑為主，同時儲備鉑鈷等合金催化劑技術。與此同時，有效提升耐久性也是當下催化劑企業關注的重點。

低鉑技術的驗證還需要時間，目前市面上那些宣稱已掌握鉑合金催化技術的公司，基本處在早期的研發階段。鉑合金催化劑在性能和成本上優勢明顯，但要突破商用仍有較長的一段路要走，這需要整個產業鏈進行系統性的驗證跟配合。

在雙極板和膜電極環節，以治臻股份和鴻基創能等為代表的國內先鋒企業已經強大起來，甚至已經為將來的規?；a預備了足夠的空間。

總體上看，燃料電池核心材料已經有了相當大的突破和進步，雖然尚未在規模化商用上實現國產化替代，但其國產化進程并未止步。在這些國內材料企業的共同努力下，有力地推動了燃料電池電堆的大幅降本，這也為將來燃料電池規模化商用打下堅實基礎。