中汽创智邱天杰：我国燃料电池产业正处于研发到量产的关键阶段

2023年12月20日下午，在一场论坛上，中汽创智科技有限公司氢燃料动力开发部 邱天杰发表《燃料电池电堆核心零部件产业化的机遇与挑战》主题分享。

邱天杰表示，燃料电池的应用场景广泛，产品构成灵活，现阶段我国正处在从研发到量产的关键阶段，与之对应的是核心材料开发、结构设计、成熟可靠的工艺迭代三大挑战。

以膜电极为例，燃料电池膜电极对电堆的性能寿命起着决定性的作用。目前，膜电极产业化面临着两个瓶颈问题。一个是科学与技术相对独立，导致材料开发和工程应用不匹配，比如现阶段市场多数膜电极仅提供一年质保，但乘用车、商用车有着5年、10年的质保要求；第二个是应用空气环境还处于富碳高氮多硫的空气环境，很容易导致膜电极和核心材料发生毒化现象，在性能、耐久、一致性等指标验证上不充分。

目前，对于催化剂、质子交换膜以及气体扩散层这些核心材料，80%以上依赖进口，而一些高端产品更是被国外垄断，我国现阶段国产化的这三个核心材料在性能、寿命和成本上仍与国际头部企业有着一定差距。

基于以上燃料电池电堆和核心零部件面临的机遇与挑战，中汽创智的氢燃料电池研发工作就立足于仿真、实验和工艺结合这一基本点展开。

中汽创智是由兵器装备集团、中国一汽、东风公司、长安汽车、南京江宁经开科技共同出资160亿成立，根据国家重大战略组建的新型央企创新联合体，贯彻落实国家双碳战略，在智能底盘、新能动力、智能网联三大业务领域聚焦技术研发，实现产业化。

邱天杰介绍，在业务规划上，中汽创智采用“剥洋葱”形式，从系统-电堆-关键材料逐步实现核心技术突破，满足股东方和氢能应用市场需求，解决卡脖子技术。

中汽创智具备催化剂、气体扩散层、膜电极、电堆和系统五类核心产品，技术路线始终以车端需求为导向，正向开发氢燃料电池，对关键材料部件进行技术优化以及产业协同，实现膜电极的批量制备和电堆匹配设计，最终进行车端的示范应用。充分发挥催化剂-膜电极-双极板-电堆的“四位一体”研发优势，进行交叉验证，最终攻克核心技术并实现领先。

邱天杰表示， 团队支撑方面，目前申请燃料电池相关发明专利132项，实用新型专利17项，软著4项，已经构建了从宏观向介观、微观尺度的燃料电池仿真能力，从整车级到材料级的多尺度、多维度、多物理场仿真体系，为产品研发及优化提供指导。

目前，中汽创智已在南京的“两区四地”建立了3000平方米的研发中心及实验基地，形成了完整的材料，电堆及系统的开发测试能力。规划在2025年实现材料、零部件、总成三个方面合计五类产品（催化剂、GDL、膜电极、电堆及系统）全面量产。

中汽创智以更加贴近市场的电堆和氢燃料系统开发为起点，实施平台化开发理念，自主完成3款电堆及2款氢燃料系统开发，并实现2款整车搭载应用。同时，在核心技术掌握及突破上也取得阶段成果，完成了百克级Pt/C催化剂制备、气体扩散层小样开发、第一代膜电极和双极板产品开发。

邱天杰表示，电堆及系统方面，中汽创智已完成电堆平台模块化开发，功率范围覆盖40-210kW，产品体积功率密度达5.15kW/L；采用长耐久抗反极膜电极、高导电耐腐蚀涂层双极板，实现整堆15000小时长耐久寿命；可实现零下30摄氏度无辅助冷启动。具备高功率密度、寿命长久、宽温域性、高可靠性、模块化设计五大特点。

在此基础上开发完成了110kW氢燃料电池系统，在研180kW氢燃料电池系统，公司搭载了18吨氢燃料电池洒水车、10.5米氢燃料电池公交两款进行示范，累计运营里程超17000公里。同时，公司还搭建了云端监控平台，可对车辆运行情况进行数据的实时监控，实现故障预警。

此外，在膜电极方面，中汽创智产品始终以满足应用端高功率输出，长寿命、复杂公开运行和低成本出发，解决车用燃料电池“膜电极、催化剂、气体扩散层”技术难题，包括大电流局域传质阻抗、核心材料的衰减、批量化制造过程中可靠性一致性等问题。中汽创智未来也将坚持以膜电极功率提升为主轴，实现单堆电堆、系统功率跃升。