本屆大會以“零碳中國，氫能未來”為主題，頂著疫情的壓力，吸引了上百家氫能及燃料電池企業(yè)參展，說明了氫能及燃料電池行業(yè)蓬勃發(fā)展的喜人態(tài)勢，但也能看出燃料電池產(chǎn)業(yè)尚未完全進(jìn)入高潮，各公司迫切展示自身以找到目標(biāo)客戶維持自身存活發(fā)展的強(qiáng)烈愿望。
總體來說，氫能被國家賦予能源屬性后，朝陽行業(yè)態(tài)勢日益凸顯，開始展現(xiàn)出政府期待的局面，并越來越獲得社會資本的重視。在筆者參與的技術(shù)論壇上，每位分享人一下場便立馬被各路投資團(tuán)隊(duì)團(tuán)團(tuán)圍住詢問相關(guān)問題并添加微信，尋找進(jìn)場機(jī)會。
本人是一名燃料電池行業(yè)研發(fā)工程師，在參加展會的這幾天里，幾乎逛遍了所有展臺并同相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了探討交流，基于技術(shù)角度梳理分析了佛山氫能展燃料電池企業(yè)展品及其前景，希望這篇文章能夠?qū)⒎鹕綒淠苷股系娜剂想姵貐⒄蛊髽I(yè)串起來，給大家提供一個(gè)整體和全局的視角審視佛山燃料電池的參展企業(yè)，從而形成自身對相關(guān)企業(yè)的認(rèn)識和定位，為投資打下基礎(chǔ)。
此次參加氫能展會的燃料電池企業(yè)非常多，現(xiàn)將其分為兩類，一類是氫能及燃料電池行業(yè)基礎(chǔ)服務(wù)類，這類公司的特點(diǎn)是其產(chǎn)品比較成熟，在氫能與燃料電池行業(yè)的只是其業(yè)務(wù)板塊的拓展且拓展難度小，這包括：1）傳感器；2）流體減壓及各類閥件；3）流體流量測量；4）流體雜質(zhì)去除與純化；5）散熱水泵、散熱液、散熱風(fēng)扇和散熱器；6）生產(chǎn)產(chǎn)線搭建，如激光焊接、壓堆機(jī)及電堆裝配生產(chǎn)線等；7）密封膠和硅膠氣管等；8）傳統(tǒng)測試設(shè)備和電氣設(shè)備，如直流電源、電子負(fù)載、高頻阻抗儀及DC/DC等。另一類是與燃料電池行業(yè)高度相關(guān)的公司，其業(yè)務(wù)基本只與燃料電池相關(guān)，存在技術(shù)攻關(guān)難度，是燃料電池的關(guān)鍵零部件，每種零部件的研發(fā)進(jìn)度顯著影響燃料電池在實(shí)際運(yùn)用時(shí)的好壞程度，具有很寬的技術(shù)護(hù)城河且行業(yè)龍頭未定，具有很高的投資價(jià)值，值得重點(diǎn)關(guān)注。分述如下。作為受到國家補(bǔ)貼的八大零部件之一，該系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是去除氫氣循環(huán)泵以節(jié)約系統(tǒng)成本并降低設(shè)備復(fù)雜度。引射器發(fā)展的瓶頸問題在于低功率（小流量）工況下引射器不能工作，其技術(shù)路線是在一個(gè)引射器內(nèi)放置多條引射回路以增加引射器的功率覆蓋范圍。此外，佳安氫源公司展覽的氫氣消納器的展覽讓我眼前一亮，該部件著重解決燃料電池在密閉環(huán)境下長期使用導(dǎo)致的安全性問題，武漢理工大學(xué)的教授也基于此想法申請過科技部項(xiàng)目解決氫氧燃料電池在潛艇中運(yùn)用的安全性問題。空氣供給系統(tǒng)中技術(shù)含量最高的便是空氣壓縮機(jī)，作為燃料電池的“肺”，也是受到國家補(bǔ)貼的八大零部件之一，具有非常高的技術(shù)壁壘。隨著質(zhì)子交換膜逐漸變薄以及運(yùn)行和控制策略優(yōu)化，空氣供給系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是加濕器將逐漸被淘汰以降低成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。膜電極性能的好壞很大程度上決定了燃料電池性能的好壞，被譽(yù)為燃料電池的“心臟”，也是能夠拿到國家補(bǔ)貼的八大零部件之一。膜電極內(nèi)包含質(zhì)子交換膜、催化層和擴(kuò)散層（碳紙），也是能夠拿到國家補(bǔ)貼的三大零部件，都具有非常高的技術(shù)含量。其中，膜電極的技術(shù)難點(diǎn)在于：1）如何使催化層均勻涂覆于質(zhì)子交換膜表面；2）如何保持?jǐn)U散層和催化層的良好接觸；3）如何加快反應(yīng)物質(zhì)的傳輸速率并增大生成水的排除速率。目前國內(nèi)已經(jīng)建成投產(chǎn)的均為膜電極的第二代生產(chǎn)技術(shù)，即卷對卷生產(chǎn)工藝（CCM），最先進(jìn)的第三代膜電極技術(shù)為有序膜電極技術(shù)，這能極大地加快反應(yīng)物質(zhì)的傳輸速率并減小鉑載量，目前正在研發(fā)階段。質(zhì)子交換膜的技術(shù)難點(diǎn)在于：1）如何增加質(zhì)子交換膜的溫度耐受能力，避免質(zhì)子交換膜在高溫下的“脆化”現(xiàn)象，從而增加電堆系統(tǒng)工作溫度，這有利于電堆的水熱管理；2）如何在保證機(jī)械強(qiáng)度的條件下減薄質(zhì)子交換膜厚度。這有利于減少電堆的內(nèi)阻和電堆的水管理。質(zhì)子交換膜的研發(fā)技術(shù)難度大，目前國內(nèi)運(yùn)用較多的仍為美國戈?duì)栙|(zhì)子交換膜，不過東岳和仙湖實(shí)驗(yàn)室也正迎頭趕上，有成為該領(lǐng)域龍頭的趨勢。催化劑的技術(shù)發(fā)展目標(biāo)為：1）如何提高催化劑壽命；2）如何提高催化劑活性，減低活化阻抗；3）如何加強(qiáng)傳質(zhì)，減少濃差極化阻抗；4）如何降低鉑載量，減少生產(chǎn)成本。目前燃料電池的很多壽命數(shù)據(jù)都是基于催化劑在旋轉(zhuǎn)圓盤電機(jī)上進(jìn)行循環(huán)電勢掃描得到的，但根據(jù)筆者的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，這個(gè)數(shù)據(jù)與膜電極在整車工況使用下的實(shí)際壽命影響不大。碳紙的主要生產(chǎn)材料是碳纖維，這部分技術(shù)我國還有待進(jìn)步。武漢理工一直是國內(nèi)燃料電池研發(fā)的領(lǐng)頭羊之一，之前制作的膜電極也多次出口國外，獲得了上億元的成交額，目前基于武漢理工成立的仙湖實(shí)驗(yàn)室，能夠?qū)⒐β拭芏茸龅?W/cm-2以上，可以算是國內(nèi)頭部企業(yè)之一了。此外，從豐田承擔(dān)過第二代Mirai研發(fā)的李樺博士指出，當(dāng)額定功率密度達(dá)到2.4W/cm-2@0.6V，此時(shí)燃料電池的成本便能夠逼近內(nèi)燃機(jī)。圖3 仙湖實(shí)驗(yàn)室膜電極性能分析
總體來說，雙極板目前仍然是碳板和金屬板共同發(fā)展的趨勢，都有企業(yè)進(jìn)行參展。碳板因?yàn)闅怏w流道和冷卻流道可以獨(dú)自加工，在設(shè)計(jì)難度上低于金屬板，并且碳復(fù)合材料本身具有良好的抗腐蝕能力，具有良好的壽命特性。因此，碳板的入門難度較低。
而金屬板由于陰陽極雙板沖壓后配合形成冷卻水流道，形成兩板三腔結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)難度高于碳板，并且金屬板的抗腐蝕能力弱，需要涂層包覆以提升其壽命，這存在技術(shù)瓶頸。此外，金屬板的加工沖壓也需要金屬板的良好設(shè)計(jì)以避免金屬板破裂或產(chǎn)生砂眼。最后，金屬板對沖壓模具的加工精度要求極高，因?yàn)槠湓试S的最大加工誤差不超過2個(gè)絲。因此，金屬板的入門難度高于碳板。
但是從發(fā)展前景來看，金屬板能比石墨板做得更薄，能夠具有更高的功率密度，當(dāng)量上來后，金屬板的加工速度和加工成本都要優(yōu)于石墨板，因此金屬板的發(fā)展前景要好于石墨板并具有很寬的技術(shù)護(hù)城河。
碳板加工企業(yè)目前比較有名的是嘉裕碳素、華熔科技和上海弘豐等。他們都能完成碳板材料的制備以及碳板的精細(xì)加工。金屬板加工企業(yè)目前比較有名的只有上海治臻，具有金屬雙極板精細(xì)加工和涂層制造的能力，具有成為該行業(yè)龍頭的趨勢。
不過也應(yīng)該指出，格力電器擁有強(qiáng)大的裝備制造能力，基于廣東省燃料電池城市群建設(shè)，從珠海市政府拿到了上千萬元的燃料電池雙極板加工研發(fā)項(xiàng)目，不過格力電器是否能夠乘此東風(fēng)形成技術(shù)競爭力，還得進(jìn)一步看研發(fā)成果。但是應(yīng)該注意的是，即使格力電器能夠完成雙極板的高精度加工制造，雙極板的抗腐蝕涂層也是一個(gè)需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。
如上所述，金屬雙極板的技術(shù)護(hù)城河在于兩點(diǎn)：1）高精度雙極板的加工制造；2）涂層制造。這兩者可以分開來做，筆者在展會看到2個(gè)金屬板加工企業(yè)和1個(gè)金屬板涂層制造企業(yè)，這充分說明了上海治臻的技術(shù)優(yōu)勢。
目前國內(nèi)生產(chǎn)電堆的產(chǎn)商很多，如捷氫、氫晨、清能股份、國鴻氫能、未勢能源等，作為受到國家補(bǔ)貼的八大零部件之一，它的主要技術(shù)難點(diǎn)在于：1）多片堆疊后的氣體分布一致性；2）多片堆疊后的裝配誤差控制；3）電堆密封實(shí)現(xiàn)；4）電堆合適壓堆力的探究等。由于國家政策的驅(qū)動(dòng)，目前電堆功率朝著越來越大的方向發(fā)展，基本每家電堆公司都推出了200kW以上的電堆，其中氫晨這次展出的電堆功率最大，為300kW。清能股份系統(tǒng)開發(fā)總監(jiān)任正新指出，目前49T牽引重卡最大需求功率約在150-160kW，故而將電堆額定功率做在300kW左右是合適的，接下來電堆發(fā)展需要考慮的是降成本和產(chǎn)品可靠性的問題。關(guān)于電堆裝配問題，目前存在兩種裝配方案，一種是雙極板-膜電極-雙極板的傳統(tǒng)組裝方式，另一種是基于單電池的新型組裝方式。曾在Mirai參與研發(fā)工作的李樺博士表示他更看好單電池的新型組裝方式，這能讓電堆的壓堆力變小，減小膜電極的形變，還能使電堆維修更加方便。筆者認(rèn)同李樺博士的觀點(diǎn)，因?yàn)樵诠P者的實(shí)際裝堆經(jīng)驗(yàn)中，傳統(tǒng)組裝方式在更換破損膜電極時(shí)會影響其余膜電極，不確定性非常大。目前，Mirai使用了該種裝配技術(shù)，而國內(nèi)宣稱使用這種技術(shù)的僅有雄韜股份一家公司。此外，除了水冷電堆外，也有多家公司展示了空冷電堆，如氫機(jī)智創(chuàng)、冰城氫能等，業(yè)內(nèi)最有名的便是上海攀業(yè)。在筆者看來，空冷燃料電池結(jié)構(gòu)較為簡單，技術(shù)護(hù)城河不寬，且發(fā)展?jié)摿^弱。不過，值得注意的是，在氫能日益受到重視并被國家開設(shè)專業(yè)進(jìn)行人才培養(yǎng)時(shí)，與氫能有關(guān)的教具可能存在一定的市場。
完成這一步，燃料電池便能真正上車運(yùn)行了。作為燃料電池行業(yè)的集大成者，只要公司提供的系統(tǒng)在車上運(yùn)行滿足國家提出的條件后便能拿到補(bǔ)貼的大頭，應(yīng)該是車用燃料電池技術(shù)難度最高、技術(shù)護(hù)城河最寬的部分，代表企業(yè)億華通已在國內(nèi)科創(chuàng)板上市。但是為了做好系統(tǒng)，筆者認(rèn)為系統(tǒng)公司應(yīng)該擁有自己的電堆生產(chǎn)線，因?yàn)椴煌碾姸堰\(yùn)行特性不相同，相應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)造和控制策略也應(yīng)該據(jù)此優(yōu)化，甚至一個(gè)值得投資的系統(tǒng)產(chǎn)商應(yīng)該有自己的膜電極生產(chǎn)線和雙極板設(shè)計(jì)部門，因?yàn)檫@些都會對系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。
燃料電池設(shè)計(jì)驗(yàn)證輔助設(shè)備
燃料電池系統(tǒng)開發(fā)后需要進(jìn)行測試，也有很多測試產(chǎn)商參與展覽，如康明斯、科威爾、群翌能源等，其中，群翌能源因?yàn)橄劝l(fā)優(yōu)勢和優(yōu)異的檢測精度在國內(nèi)的市場份額占比較大，最近新提出的能檢測單片氣體泄露率的電堆配套檢測功能讓我眼前一亮，但是總體來說，測試產(chǎn)商的技術(shù)難度不大，護(hù)城河不寬。此外，群翌能源和景源能源提供的電流密度分布測試板也讓我感慨燃料電池行業(yè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，該技術(shù)可以用來測試燃料電池內(nèi)部的電流密度分布，進(jìn)而可以用來分析燃料電池雙極板流場設(shè)計(jì)的好壞，促進(jìn)雙極板設(shè)計(jì)的正向發(fā)展。經(jīng)過了解，景源能源一塊測試板的報(bào)價(jià)在20萬元以上，但成本應(yīng)該不高，技術(shù)附加值極高。這里談?wù)勳趧?dòng)數(shù)字科技展覽的數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)臺，該平臺由于提供了模擬駕駛室，吸引了廣大參展人員的參與，提升了知名度。經(jīng)過和研發(fā)人員的溝通，該數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)平臺基于機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能算法，通過數(shù)據(jù)輸入-模型調(diào)整-指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)-數(shù)據(jù)輸入-模型調(diào)整-指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的循環(huán)，避免了單靠實(shí)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的長開發(fā)周期和高實(shí)驗(yàn)研發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品高效快速的更新迭代。這種產(chǎn)品具有一定的價(jià)值，適用于不能加派人手進(jìn)行相關(guān)研發(fā)的公司，但是一般的系統(tǒng)產(chǎn)商都會進(jìn)行設(shè)立相關(guān)部門開展工作，如同CFD團(tuán)隊(duì)之于電堆公司一般。此外，從事相似業(yè)務(wù)的還有氫探科技有限公司，該公司主要提供燃料電池控制服務(wù)；瑞驅(qū)科技有限公司，該公司主要提供空壓機(jī)控制服務(wù)；這些公司的主營業(yè)務(wù)受其服務(wù)公司的戰(zhàn)略思想定位，是否能夠存活需要市場的檢驗(yàn)。圖8 數(shù)字孿生系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺
新能源汽車數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺構(gòu)建
最后談?wù)勑履茉窜嚁?shù)據(jù)監(jiān)測平臺構(gòu)建與進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與發(fā)送服務(wù)的企業(yè)。國家規(guī)定，所有新能源車必須將數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測并上傳至新能源車國家監(jiān)管平臺以此作為評選獎(jiǎng)勵(lì)的依據(jù)。除此之外，公司也有需求對裝載本公司電堆系統(tǒng)的新能源車進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測以進(jìn)行故障預(yù)測、危險(xiǎn)警告、后勤保障以及進(jìn)一步技術(shù)研發(fā)等工作。此類公司提供的服務(wù)與上述公司提供的軟硬件服務(wù)（如氫探科技提供的電堆系統(tǒng)控制）的區(qū)別在于此類公司的服務(wù)獨(dú)立于服務(wù)公司的主營業(yè)務(wù)。此類公司的營收將隨燃料電池系統(tǒng)裝機(jī)量的提升而顯著提升，具有市場前景，但是此類公司的技術(shù)護(hù)城河也不寬。
此外，北京理工新源科技信息有限公司總經(jīng)理龍超華提供了濟(jì)南市的一個(gè)非常值得借鑒的案例：濟(jì)南市政府基于新能車上傳數(shù)據(jù)確定新能源使用者所減少的碳減排量并下發(fā)積分，實(shí)現(xiàn)終端用戶碳減排獎(jiǎng)勵(lì)，將碳減排的福利放送給消費(fèi)者，這極大地促進(jìn)了消費(fèi)者購買新能源車的意愿。
圖9 新能源車數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺燃料電池電堆系統(tǒng)與其零部件進(jìn)步速度非常快，從2018年的30kW到2021年的150kW到今年的250kW甚至300kW，燃料電池技術(shù)發(fā)展趨勢與政府期待的場景一致：注重高功率燃料電池系統(tǒng)的發(fā)展，彌補(bǔ)鋰電池應(yīng)用場景的不足，推廣燃料電池在中遠(yuǎn)途、中重型商用車領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用。除此之外，電堆的功率密度也從零點(diǎn)幾瓦每平方厘米到一點(diǎn)幾瓦每平方厘米再到目標(biāo)的二點(diǎn)幾瓦每平方厘米，這不僅極大地降低了電堆的制造成本，還降低了燃料電池的使用成本，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)功率密度時(shí)，燃料電池的成本便能夠媲美內(nèi)燃機(jī)，展現(xiàn)出令人期待的前景。盡管燃料電池汽車城市群第一年的示范目標(biāo)沒有完成，但隨著疫情的好轉(zhuǎn)和燃料電池技術(shù)的顯著進(jìn)步，燃料電池汽車示范城市群任務(wù)應(yīng)該能夠圓滿完成。到那時(shí)，燃料電池商業(yè)化拐點(diǎn)將真正出現(xiàn)，并帶動(dòng)氫能一起騰飛。注：本文為一位氫能行業(yè)研發(fā)工程師撰文，文中觀點(diǎn)不代表本平臺意見。 
