北京氢璞创能欧阳洵：电堆核心材料及关键工艺的国产化实现

2019年9月22日，由中国电动汽车百人会、国际氢能委员会和山东省工业和信息化厅共同主办“2019氢能产业发展创新峰会·济南”在山东大厦召开。峰会聚集国际专家及业内精英智慧，为产业界搭建国际化的交流平台，共同交流探讨产业在政策、技术、模式等方面的成功经验及创新探索。

北京氢璞创能科技有限公司董事长欧阳洵出席大会并发表了题为《电堆核心材料及关键工艺的国产化实现》的主旨演讲。以下为发言内容：

欧阳洵：大家下午好，十分高兴来到济南，我的报告题目是电堆核心材料及关键工艺的国产化实现，主要和大家分享一下氢璞这几年的工作、成就和心得，我将从下面几个方面介绍，首先看一下我们公司的情况，氢璞是成立了九年的企业，我们现在有80多人，内部有多位行业的专家，也有完整的电堆设计和验证团队，我们参与了燃料电池相关20多项国标的制订。氢璞现在在国内有四个基地：北京、扬州、德州、东莞。北京，研发及营销中心。扬州，开发及生产基地。

氢璞主要是电堆的研发和制造包括核心制造和关键工艺，我们也和上下游进行合作，助力打造健康平衡发展的燃料电池产业链，目前我们自主研发掌握的电堆技术主要包括单极板，密封和封装，我们和我们的战略合作伙伴联合开发膜电极产品。氢璞目前有一条在2014年建成的500套电堆的产线，这条自动化产线应该是国内第一条具有自主知识产权的电堆产线，这个产线投产以来，我们投入了大量精力，进一步提高产线的成本，目前精细化程度超过90%。氢璞在扬州工厂内具备十分完善的测试条件，我们可以从小样到大电堆140千瓦的寿命测试，高低温测试等等。这个是氢璞产品路线图，我们自公司成立以来，功率密度超过2.0千瓦每升。在性能参数以及成本上都属于国际领先水平。

上面是氢璞的一些简介，下面和大家分享一下氢璞在电堆材料和关键工艺国产化的一些心得。首先我们看一下燃料电池汽车成本的组成，这是美国能源部的数据，我们具体看一下燃电系统跟电堆的目标，根据美国DOE的测算，燃料电池达到商业化的水平，2020年是40美元每千瓦。这个成本目标依据是50万辆车的量产水平，目前实际业内成本水平距离这个目标还有相当大的距离，如何实现这个目标，除了通过批量生产下降成本，我们必须在技术工艺及材料，设备国产化多方面下功夫。从本质上看，需要达到以上成本目标首先就是材料体系要十分合理，如果材料自身没法满足自身需求，材料是不可取的。

其次，材料要实现自主，一方面要考虑到国际贸易的风险，再就是材料自动化，大批量生产的时候，最后是产品设计要合理。这几方面环环相扣，互为影响。

分享了氢璞的路线，我们需要明确电堆在性能、寿命、可靠性和成本需求以及燃料电池系统供应商的集成需求，就是客户的需求。我们分第二，第三，第四行，三个层次完成了电堆的研发，第一个层次主要包括一些材料的研发，膜电极的研发，极板研发板密封设计和工艺开发，这个层次的工作量是最大量的，涉及大量基础材料的评估、例如我们知道的质子膜等，也设计了极板的分布，包括了单片和电堆反复的模拟和推测。

第二个层次是电堆的单板，封装，这个涉及到是否可以发挥极板的最大性能也对电堆可靠性、寿命影响最大。

第三个层次完成各种测试，这里包括短堆和整堆的测试，寿命测试，零下测试等等，这个测试确定了电堆设计需求并且反馈前两个层面的缺陷问题，一款电堆的研发往往需要几个层面的反复工作才能完成，对产品研发和开发团队耐力和专业能力是极大的考验。这一页（PPT）强调重点是电堆三大核心材料，红色箭头指到的，极板材料、催化剂，以下也是从极板角度分析，我们需要关注的材料和工艺的要点。极板材料主要从原材料阶段，膜压条件和成型后的三个阶段考虑。最终材料层面需要确保极板脱膜完整，表面粗糙度适宜，材料强度满足要求。从膜压工艺角度看，需要考虑成型后的极板特性，最终保障极板尺寸及透气性满足要求，尤其对成型后的精度和密度要求都是极端的。下面对这里面讲的几个具体要点，我们再进行剖析。

首先，看一下模压工艺。我们对模压机和模压工艺花了大量时间研究，最终开发出来一个能够服务我们的工艺流程，这里把大致的流程进行介绍，首先是材料的配置，然后对材料进行称重，虽然这是传统的工艺，再完了就是压机的下压速度，保压等等。目前氢璞工艺从上料到处理大约需要一分半的时间。我们选择的碳粉、碳纤维和机材，不仅需要考虑材料的密度、电导率、导热系数等等，材料的成本还有保质期，这都是重要考虑的因素之一。这张图对我们不同配制的符合材料做的参数一些对比分析。然后，我们对模压工艺进行细致研究，通过对材料压制的温度，后处理的方式，对压制极板进行反复测试，这个测试过程确实比较繁琐。

再下面，我们阐述一下跟上面材料相关的一些工艺方面的工作，主要讨论下面极板和模具的设计。极板设计不仅要考虑流场结构，密封结构进出口、应力分布、气体分布等，极板设计工艺适配等等，成型的大部分尺寸公差0.01毫米之内，并且可以满足两安培以下大电流密度工作的条件。我们知道，高功率密度的电堆需要更轻更薄，而且要能满足大电量的条件，对极板模具要求极高。我们发现目前市场上不管国内国外，只有极少模具材料能满足刚性、强度的要求。对大部分的模具厂家都是挑战。我们也是经过很多摸索以及跟不同供应商的探讨和研发，现在可以成功压制氢璞目前在售所有的板型，而且可以满足我们一开始做的各项的参数要求。

极板成型后，后处理的重要性。模压工艺的最重要的工序，极板压制成功后，左上方的显示的是五种不同表面处理方式对内阻的影响。左下角对电堆的性能影响。右边是在两个典型电流下，极板性能和稳定性的数据。

因为今天时间有限，所以只能浅析一下，希望找机会跟大家共同探讨。简单介绍一下我们几款主要的产品，氢璞的T、F系列的复合板电堆，在外尺寸设计是一样的，在我们的产线中，大部分的工装夹具可以不需要替换，就可以实现柔性生产。最大电流密度达到两安培每平方米。电堆额定功率达到47千瓦，最大功率55千瓦，工作压力可以到两个半，但是也可以在低压、中压下运行。最大功率密度超过2000瓦每升，寿命可以满足1.5万小时的运行需求。这两款产品已经进入小批量生产，并且也有一些车辆的投放。目前在扬州工厂产能可以达到300套每个月。

氢璞X有大量投入，刚才提到我们在美国有前瞻的开发室，也是做这样的工作。目前我们和国内有两个主机厂还有系统厂家展开合作。明年上半年有一款车进入公告阶段，这款电堆实现了1.5每安培的电流密度。电堆额定功率128千瓦，寿命满足5000小时，2020年目标是8000小时，目前通过反复对比，我们正在和国内上下游合作伙伴一起合作，为未来能到达大批量的生产做好准备。

最后是氢璞的一些实际应用，目前已经完成五款公告车，三款公告还在做。完成的五款里有两款是物流车，三款是公交车。物流车运营就在山东德州，预计年底达到50万公里，运行车辆达到50辆，明年在山东德州超过100辆。大家都知道目前日本、韩国、加拿大等国家在电堆设计、材料上先行一步或者两步，中国是燃料电池领域重要的舞台，作为中国公司做燃料电池产品，核心材料和关键工艺都必须实现国产化才会真正的具备国际竞争力和将来具备大范围推广的潜力，这些工作需要长期不懈的投入，从短时间看还是风险很高，收益比较低。氢璞成立九年来，努力和同行一起深耕，我们希望更多同仁可以认同我们的理念，一起突破，铺平未来氢燃料的道路，我的报告到此结束，谢谢大家，同时欢迎各位领导到氢璞参观、指导，多谢大家。

（标题为编者所加，文字未经发言嘉宾本人审阅）