研發氫燃料電池電堆,“驥翀氫能”想提高氫能源汽車落地效率

                    發布時間: 2020-04-03 09:19:57   來源:36氪  作者:

                      氫能被認為是宇宙中含量最豐富的清潔能源。根據世界氫能協會預計,到2050年全球20%的二氧化碳減排要靠氫能來完成。并且,將氫燃料電池用作汽車動力不僅會更環保,氫燃料的加注效率也會和燃油車一樣只需三五分鐘就可完成。有了這些優勢,再加上政策傾斜,與氫燃料電池相關的產業也在近年得到重視。

                      36氪日前接觸到的一家企業——驥翀氫能,是一家車用氫燃料電池電堆解決方案供應商。

                      電堆,是電化學反應發生的場所,是燃料電池動力系統的核心部件,是指將多個燃料電池組成的電池堆,目的是為了獲得實際應用所需的功率。電堆的核心部件包括雙極板和膜電極等,通過雙極板和膜電極的交替疊合,各單體之間通過密封件密封,再經前、后端板壓緊后用螺桿等方式緊固,就會構成燃料電池電堆。電堆工作時,氫氣和空氣(氧氣)分別由陰陽極進口引入,通過電堆氣體公用管道分配到各單電池的雙極板,再經過雙極板導流均勻分配到電極,通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。

                      在驥翀氫能創始人付宇博士看來,研發電堆的難點集中在結構設計、材料和工藝實現三方面。在設計方面,由于整個電堆包括了氫與氧的氣體傳質、質子和電子傳導、液態水的管理、熱傳導、力傳遞等多因素的耦合,一旦調整其中的某一、兩個因素,其他因素也會發生反向變化。因此,必須將電堆作為整體進行一體化設計,使各個反應要素在全工況下都能夠正常輸送、傳遞、生成和排除。

                      材料方面,電堆中的膜、催化劑和碳紙等被國際上幾個大的公司壟斷,各公司所用的膜電極原材料基本類似,驥翀通過原材料選型的方式直接從膜電極供應商處采購。另一個核心部件——雙極板在市場中分為兩種類型,即石墨雙極板和金屬雙極板。和石墨雙極板相比,金屬雙極板電堆比功率高,而且低溫自啟動能力、抗震能力和氫安全性也更強,量產工藝工序少易于批產、量產成本低,是目前國內外車企的主流選擇。但燃料電池需要在電化學酸性環境下工作,雙極板既需要保持化學穩定性,又要具備很強的導電能力,常規材料很難兼顧耐蝕、導電、低成本的綜合要求,金屬表面涂層成為金屬板電堆的核心技術難點,同時也是應用的必要條件。

                      工藝是將電堆設計最終落地的過程,出膜電極制備外,主要包含金屬薄板沖壓成型、激光焊接、表面涂層、電堆裝配等過程。

                      在付宇看來,驥翀在這三方面均有優勢——其團隊成員此前擁有豐富的工程經驗,是業界較少擁有完整經歷電堆基礎研究、工程開發、批量驗證和國際交流的團隊,也具備車用電堆產品正向設計能力。而且付宇個人的博士論文方向是金屬板表面涂層,多年來通過與大連理工大學三束表面改性國家重點實驗室及其產業化公司常州翊邁新材料科技有限公司的合作積累了較深裝備、工藝和材料開發經驗,并于去年攻克了燃料電池金屬表面涂層的難題。同時,其也在之前近20年的相關工作經驗中積累了供應鏈資源,目前驥翀氫能已經和深圳眾為(激光焊接、產線自動化)、常州翊邁等國內金屬板產業鏈優質供應商達成合作,利于降低產品成本、保證供應安全。

                      自2019年4月正式運營以來,該公司已設計出三代電堆產品。第一代產品正在進行內部測試驗證,計劃下半年推向市場,進行整車的實際壽命與可靠性運行評價,并在中試基地建成后于明年下半年量產,一期規劃產能為2000臺/年。該產品目前已經和國內兩家頭部整車廠和系統商形成合作。第二代產品已經完成概念樣機的測試驗證,計劃今年年底完成功能樣機,明年進行工程樣機的開發。第三代產品已經完成概念設計,明年下半年會啟動第三代產品的開發工作。

                      目前業內主要會從性能、壽命與成本等方面考察電堆質量,由于此時產業仍在發展初期,性能是其中更受關注的指標。具體來看,性能包含極化曲線(單位面積的發電量)、電堆功率、質量比功率、體積比功率、低溫啟動能力等。整體來看,目前國內在售產品的單位面積發電數值在0.5-0.7W/cm²,國際上水平較高的豐田電堆數值在1.14W/cm²。驥翀電堆可達到1.2-1.45W/cm²,第一代電堆單堆功率70-120kW,第二代電堆單堆功率90-130kW,設計壽命是乘用車5000h,商用車15000h,成本可控制在較低水平。

                      在商業模式上,驥翀未來希望根據不同客戶的需求設計出可定制化的電堆,并為客戶提供專業的售后服務,通過定制化產品和售后服務帶動產品銷售。同時因為電堆的使用方式也會影響其壽命和可靠性,目前該公司會聚焦于開拓行業標桿客戶,和技術能力較強的下游客戶合作,一起進行系統和整車驗證,在保障產品質量的同時做大市場。在具體客戶分類上,該公司目前規劃了三個方向——乘用車、商用車和特種車。其中乘用車是最大的市場,但由于乘用車的加氫站設施不完善,并且乘用車的整車驗證需要三年,驥翀目前更多是為未來的乘用車市場爆發布局。其當前最大的市場在商用車,包括大巴、物流車以及重型卡車均屬于此領域,目前已有五家客戶在洽談采購合同。特種車包含清掃車、垃圾車等,也是驥翀認為的增量市場。

                      融資方面,驥翀氫能曾于2019年完成數千萬元的天使輪融資,投資方為上海重塑和中科創星。其中上海重塑是國內頭部氫燃料電池系統供應商,主營業務包括燃料電池系統及核心零部件的研發、制造和相關工程服務,國內市場占有率約50%,累計配套超40款車型,可為驥翀提供下游訂單。中科創星是國內專注硬科技創業投資與孵化的平臺,已孵化培育270余家硬科技企業。Pre A輪融資目前正在進行中,資金將主要用于中試基地建設。

                          關鍵詞: 氫能

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