燃料電池核心材料“乘勢而上”

 

1、國產(chǎn)材料批量應(yīng)用局面進(jìn)一步打開。示范期由政府主導(dǎo)的氫車示范項目更強調(diào)產(chǎn)業(yè)鏈的自主化，這種情況下，國產(chǎn)材料的的應(yīng)用進(jìn)程加速。

 

質(zhì)子交換膜方面，國產(chǎn)質(zhì)子交換膜2022年在部分地區(qū)的示范項目上取得了商用化的局部突破，如淄博市首批50輛氫燃料電池冷藏車、北京冬奧會國電投配套的氫能大巴分別批量采用了東岳未來氫能、武漢綠動的質(zhì)子交換膜產(chǎn)品。

 

催化劑方面，2022年以來，國際材料巨頭加緊布局催化劑市場，國產(chǎn)催化劑企業(yè)也在加快推進(jìn)商用進(jìn)程。目前以氫電中科、深航院、南京東焱、中科科創(chuàng)、中自科技等為代表的催化劑企業(yè)走進(jìn)客戶驗證，向批量化生產(chǎn)的方向探索。

 

氣體擴散層產(chǎn)業(yè)化涉及制漿造紙、涂布熱壓、碳化石墨化等多行業(yè)領(lǐng)域交叉，同時對工程技術(shù)平臺和公用工程平臺的依賴也比較大，限制了很多企業(yè)入局，因此相對其他核心材料發(fā)展步伐整體偏慢。但通用氫能、仁豐特材等企業(yè)正走在加速追趕的路上，已為多家頭部企業(yè)小量供貨，逐漸打開市場應(yīng)用突破口。

 

膜電極方面，當(dāng)前國產(chǎn)膜電極已經(jīng)占據(jù)了出貨量的主流。以鴻基創(chuàng)能、唐鋒能源、武漢理工氫電、擎動科技、億氫科技為代表的企業(yè)已經(jīng)助推國產(chǎn)膜電極進(jìn)入快速發(fā)展階段。同時車企、燃料電池企業(yè)向膜電極延伸的趨勢明顯（部分已經(jīng)實現(xiàn)膜電極自產(chǎn)自用），潛在競爭愈發(fā)激烈。

 

2、產(chǎn)能布局持續(xù)加碼。國內(nèi)的氫燃料電池產(chǎn)業(yè)已邁過了早期的路線驗證階段，隨著五大示范城市及中長期氫能規(guī)劃政策紅利的落地，市場前景進(jìn)一步明確，也吸引了國內(nèi)外參與企業(yè)的深入布局。

 

質(zhì)子交換膜方面，東岳未來氫能150萬m²質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程、武漢綠動華中氫能產(chǎn)業(yè)基地30萬m²的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線已正式投產(chǎn)，浙江漢丞已建成了年產(chǎn)30萬m²的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線，未來還將擴建至100萬m²。

 

氣體擴散層方面，仁豐特材150萬m²/年氣體擴散層GDL生產(chǎn)線已列入淄博市“十四五”氫能產(chǎn)業(yè)重大示范及山東省能源領(lǐng)域重點技術(shù)攻關(guān)項目，現(xiàn)一期50萬m²產(chǎn)線已建成投產(chǎn)。

 

催化劑領(lǐng)域，目前國內(nèi)以采購進(jìn)口催化劑為主，2022年國際材料巨頭已經(jīng)開始催化劑產(chǎn)能擴張的加碼布局。優(yōu)美科于7月宣布在中國本土投資建廠，以期分享更多的氫能市場紅利。

 

膜電極方面，國產(chǎn)膜電極龍頭鴻基創(chuàng)能在2022年6月達(dá)成了佛山基地的投產(chǎn)，其廣州基地加佛山基地總產(chǎn)能達(dá)1000萬片。國際知名企業(yè)巴拉德也于2022年9月宣布將在上海嘉定建立中國總部、膜電極制造工廠及研發(fā)中心，計劃在未來三年投資約1.3億美元。

 

3、向高性能、低成本和長壽命方向進(jìn)階。核心材料的技術(shù)升級，直接影響電堆的高性能、低成本和長壽命發(fā)展。2022年以來，質(zhì)子交換膜、氣體擴散層、催化劑、膜電極等各環(huán)節(jié)技術(shù)均有所進(jìn)步：

 

質(zhì)子交換膜正向薄型化方向快速進(jìn)階，同時可靠性和穩(wěn)定性在提升；氣體擴散層的生產(chǎn)工藝優(yōu)化一方面同樣體現(xiàn)在薄型化方面，旨在減少傳導(dǎo)阻力、改善電堆極化，其散熱性、排水性也是下游用戶越來越關(guān)注的重點；催化劑技術(shù)升級首先是陰極動力學(xué)、阻抗和質(zhì)量傳輸造成的性能損失，以及鉑載量的降低、耐久性的提升；膜電極的設(shè)計與電堆設(shè)計緊密相關(guān)，技術(shù)升級體現(xiàn)在功率密度要求、批量供貨一致性要求、成本要求等。

 

4、向上游PEM制氫材料延伸。高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）預(yù)計，2025年國內(nèi)電解水制氫設(shè)備市場需求量將超過2GW，2022-2025年中國堿性及PEM制氫設(shè)備裝機規(guī)模年均復(fù)合增長率有望達(dá)到48%和126%，PEM制氫設(shè)備將迎來規(guī)模化示范應(yīng)用。隨著國內(nèi)PEM制氫設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，膜電極、質(zhì)子交換膜、催化劑等核心材料逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，疊加規(guī)模化生產(chǎn)降本。

 

國內(nèi)以鴻基創(chuàng)能、唐鋒能源、武漢理工氫電、擎動科技、億氫科技等為代表的膜電極企業(yè)，以東岳未來氫能、武漢綠動、科潤新材料為代表的質(zhì)子交換膜企業(yè)；氫電中科、中科科創(chuàng)等為代表的催化劑企業(yè)均已向電解水制氫催化劑領(lǐng)域拓展，不少企業(yè)已經(jīng)完成電解水制氫材料產(chǎn)品的開發(fā)工作。

 

下文重點介紹部分核心材料企業(yè)在2022年的具體成績與表現(xiàn)，從中可窺見當(dāng)前該領(lǐng)域的技術(shù)水平、市場特點：

 

>>鴻基創(chuàng)能

 

鴻基創(chuàng)能成立于2017年，專注于膜電極開發(fā)，在燃料電池領(lǐng)域，實現(xiàn)膜電極產(chǎn)業(yè)化，并協(xié)助電堆及整車廠提高燃料電池的性能，降低成本；在制氫領(lǐng)域，開展PEM電解水制氫膜電極的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

 

鴻基創(chuàng)能現(xiàn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的催化劑涂層質(zhì)子膜（CCM）產(chǎn)品，可以滿足燃料電池汽車在各種極端條件下（高溫低濕、低溫高濕、低溫啟動、頻繁啟停等）的運行要求；MEA膜電極產(chǎn)品兼顧到燃料電池車在各種工況條件下的運行要求，具有功率密度高、壽命長、成本低以及有良好的抗反極能力，初始抗反極能力超過185分鐘，在滿足壽命的同時，電流密度1.5A/cm²時，功率密度大于1.05W/cm²，最高可達(dá)到1.5W/cm²。

 

2021年鴻基創(chuàng)能實現(xiàn)出貨107萬片膜電極產(chǎn)品的行業(yè)紀(jì)錄，位居當(dāng)年國內(nèi)獨立第三方膜電極企業(yè)出貨量首位；2022年前三季度出貨100萬片，全年出貨量遠(yuǎn)超2021年，依然穩(wěn)居行業(yè)前列；2023年的銷量目標(biāo)是300萬片。

 

>>東岳未來氫能

 

東岳未來氫能成立于2017年，是國內(nèi)唯一實現(xiàn)全氟質(zhì)子交換膜全產(chǎn)業(yè)鏈量產(chǎn)技術(shù)突破并擁有大規(guī)模供應(yīng)能力的企業(yè)，燃料電池膜產(chǎn)品性能達(dá)到全球先進(jìn)水平，致力于燃料電池用質(zhì)子交換膜關(guān)鍵材料的生產(chǎn)與銷售及其配套產(chǎn)業(yè)鏈的支撐。

 

目前東岳未來氫能已經(jīng)構(gòu)建了完整的質(zhì)子膜全產(chǎn)業(yè)鏈布局。燃料電池用質(zhì)子膜方面，開發(fā)了代表性產(chǎn)品DMR100及升級產(chǎn)品耐低濕質(zhì)子膜DM2256B、10μm超薄復(fù)合質(zhì)子膜DM2276B，產(chǎn)品展現(xiàn)出優(yōu)良的性能和阻抗。在PEM電解水制氫用質(zhì)子膜方面，開發(fā)了DME670（170μm）和DME6321A（120μm）質(zhì)子膜產(chǎn)品，產(chǎn)品具有更高的強度、更低的質(zhì)子傳輸阻抗以及優(yōu)良的長時間運行壽命，旨在滿足高功率輸出的電解制氫應(yīng)用需求。

 

>>仁豐特材

 

仁豐特材創(chuàng)立于2006年，是國內(nèi)領(lǐng)先的特種紙材料骨干生產(chǎn)企業(yè)，公司擁有GDL生產(chǎn)的自主知識產(chǎn)權(quán)成果：發(fā)明專利（實質(zhì)審查）13項，其中樹脂改性4項、微孔層涂布工藝2項、薄型化炭紙3項、其他4項；已授權(quán)發(fā)明專利2項。

 

目前仁豐特材的氣體擴散層產(chǎn)能與國際同類先進(jìn)GDL生產(chǎn)企業(yè)相當(dāng)，主要采用濕法生產(chǎn) GDL 技術(shù)，從短切碳纖維原料起，包括制漿、抄造、涂膠、熱壓、碳化、石墨化、疏水層涂布、微孔層涂布、燒結(jié)全鏈生產(chǎn)，卷對卷產(chǎn)品國內(nèi)首家規(guī)模化實現(xiàn)，手握自主工程化設(shè)計和產(chǎn)線設(shè)備集成，包括豐富的在線檢測、產(chǎn)品缺陷識別檢測技術(shù)。

 

>>氫電中科

 

氫電中科是廣東省高新技術(shù)企業(yè)，致力于氫能和氫燃料電池電源系統(tǒng)關(guān)鍵材料、部件開發(fā)和提供氫能應(yīng)用解決方案，是廣東省燃料電池汽車示范城市群核心材料催化劑重點企業(yè)。

 

目前氫電中科的鉑碳催化劑已上車通過強檢，經(jīng)客戶全面測試反饋，成本低，電化學(xué)活性面積和質(zhì)量活性高，且工藝適應(yīng)性強，重復(fù)性高、良品率高，鉑碳催化劑批次產(chǎn)品的差異性小于2%；量產(chǎn)設(shè)備成本低。其第二代鉑合金催化劑以鉑碳為原材料，制備合金，所以非常方便實現(xiàn)合金的粒徑、組分的調(diào)控，其單電池性能、長壽命測試、循環(huán)穩(wěn)定性測試結(jié)果均優(yōu)于國際知名產(chǎn)品。