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势银GHFC电堆专场:解析燃料电池电堆现状
2021/7/26 16:34:39

氢燃料电池堆是整个燃料电池产业链的核心部分,其性能和成本直接决定了燃料电池产业化进程。目前,我国燃料电池电堆行业正大踏步向前发展,新的技术突破和产品不断涌现。

一方面,电堆产业飞速发展,技术水平和资本投入齐头并进;另一方面,这一情况也引发了行业对膜电极、双极板等零部件核心技术国产化水平进一步提升的迫切需求。

电堆:国产化趋势明显,电堆企业迅速发展

纵观近几年车用电堆装机量的表现,2019年是国内氢燃料电池汽车飞跃发展的一年,车用电堆的需求增长迅猛,国家层面对于发展新能源所发布的一系列补贴政策提振了行业发展。

目前,很多企业都致力于为燃料电池电堆行业瓶颈的研究与突破,一些头部企业陆续生产国产化程度很高的电堆产品,并且投入行业进行验证使用。

目前,国内电堆企业正在迅速崛起,其产量也在大幅增加,经过2020年的短暂回落2021年表现更加突出。

据势银(TrendBank)数据显示,在国家补贴政策以及示范城市群还未落地的情况下,仅上半年就已完成2020年全年装机量的66%。同时指出,2021年上半年车用电堆总装机量达71.28MW,同比增长32.4%。

氢燃料电池堆
图片来源:势银能链

催化剂:国内稳定性较差,催化剂进口依赖严重

目前,燃料电池用催化剂的相关知识产权一直掌握在少数国外企业手中,催化剂核心材料长期依赖进口,导致其占据很大一部分成本,制约了我国氢能产业的自主发展。随着政府对氢燃料电池汽车产业的扶持及关键技术的突破,未来几年燃料电池催化剂产业将迎来快速增长。

当前田中贵金属和庄信万丰催化剂公司(JM)在国内占据国内较大市场份额,其他如优美科公司(Umicore)、贺利氏和巴斯夫等外企在国内市场也有相关动作。

但也有很多国内企业在迅速发展,如中自催化、中科科创、济平新能源、擎动科技、贵研铂业、武汉喜玛拉雅光电、南京东焱氢能源、西安凯立新材料等等,已初步形成打破国外垄断之势。

据业内人表示,目前国内单次单产能超1kg,年产能超300kg算是大规模生产,但目前少有企业能达到该标准。因此,也说明国内尚未实现大规模化生产、性能优异且稳定的产业化应用。

质子交换膜:大多处于示范应用阶段,与国外仍有差距

目前,市场上在售的全氟磺酸型质子交换膜基本上以戈尔的GORE-SELECT质子交换膜为主。我国山东东岳集团也已可以自主生产全氟磺酸树脂。

从电池的要求来看,PEM还有很多方面的不足。但是随着各个厂家的发展,在其成本、耐久性、综合性能上都有所提升,在目前来看不算很大的问题,但是仍有很大的进步空间。

燃料电池质子交换膜市场由燃料电池市场所决定,目前质子交换膜燃料电池在国外处于商业化示范应用阶段,已涉及车辆、移动电源、船舶、固定式发电等广泛领域,规模化需求市场正在逐步形成,因此燃料电池质子交换膜蕴藏着巨大的增长潜力。

从国内来看,我国燃料电池也已在车辆、小游船、移动电源等领域有示范应用。虽然距离商业化应用尚有距离,但燃料电池的高转化率与广泛的用途决定了燃料电池市场定得到健康发展,燃料电池用质子交换膜的市场前景可期。

气体扩散层:国内基材落后较大,产业化水平有待提升

目前全球气体扩散层行业由几个国际大公司垄断,全球的材料供应商有日本 Toray(东丽) 公司、美国Avcarb、加拿大 Ballard 及德国 SGL 、科德宝几家,国内市场基本由以上企业占据较大的市场份额。

综合来看,国内只有江苏天鸟、通用氢能、上海河森等少数企业涉足研发气体扩散层,并且大多处在小批样试产的状态,其中通用氢能既做碳纸也做MPL层,可以根据客户需求提供碳纸及气体扩散层成品。

但是,国内在气体扩散层材料领域的技术探索已经有所建树,碳纸类材料的实验室技术可对标国际部分先进产品水平,但在实现产品规模化生产方面还有一定的差距。

整体而言,国内气体扩散层基础相对较弱,与国外差距还较大。由于燃料电池行业对气体扩散层的需求量小,现阶段国内企业研发动力不足。

双极板:向复合材料与金属材料双极板迈进

目前,国内外对于 PEMFC 双极板材料的研究主要集中在石墨、金属和聚合物复合材料方面。但国内石墨双极板较成熟,个别厂商生产的石墨双极板部分性能已达国际先进水平。国内目前在向金属板和复合材料迈进,技术仍有较大提升空间。

据了解,国内石墨双极板公司例如上海弘枫、上海弘俊新能源、江苏神州碳制品、华熔科技等等都是发展较为成熟的企业。

其中,江苏神州碳制品于1998年开始从事氢燃料电池用石墨双极板的研发及生产,是中国第一家开始从事氢燃料电池用石墨双极板的研发及生产的企业。截止2020年末已为国内外一百多家学校、科研所、电堆厂家、车企,累计提供五百多万片石墨双极板,是国内石墨双极板领军企业。

金属双极板方面,目前涉及的企业也在慢慢增多——

例如,上海治臻,该公司主要从事车用氢燃料电池金属双极板的研发、生产及销售,是国内金属双极板行业的龙头企业。其他电堆企业如国鸿氢能、骥翀氢能、新源动力、氢璞创能等也在为其电堆研发双极板产品。

其中,上海治臻累计开发了7代具有自主知识产权的金属双极板,并掌握“全工艺链集成”关键自主核心技术,实现了给国内核心主机厂及电堆企业的大规模量产供货,成为国产金属板技术实力“担当”。

攀业氢能在燃料电池的关键材料制备、电池堆结构设计等关键技术方面取得了突破,拥有完全自主的知识产权。攀业拥有中国专利30项,国际专利2项;在中小功率燃料电池系统的开发、生产和应用上取得了突破性的进展。聚焦通信用燃料电池备用电源,无人机动力系统,车载燃料电池及教具产品等核心业务。

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