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目前，絕大部分燃料電池汽車采用質子交換膜技術，質子交換膜的品質直接影響着電池性能、壽命及整車成本。近期，我國首條全自主可控30萬平方米質子交換膜生産線正式投産，實作了氫燃料電池核心部件國産化，意味着我國在質子交換膜高端産品領域有了自主生産能力，将由此推動我國燃料電池核心材料産業大步向前。
（文丨本報記者 朱妍 仲蕊）
作為氫燃料電池核心部件，質子交換膜好比電腦的中央處理器，其品質直接影響着電池性能、壽命及成本。早期，我國所用的質子交換膜幾乎全靠進口，1平方米折合20多克，價格堪比同等重量的黃金。而今，僵局被打破。
近日，我國首條全自主可控30萬平方米質子交換膜生産線在武漢投産，這也是該領域目前技術最先進、一次性成膜最大的生産線。“項目打破了市場長期被國外廠家壟斷的局面，達産後可同時滿足2萬輛氫燃料電池汽車的用膜需求，也可用于固定式電站、備用電源、無人飛機等其應用場景。”國家電投氫能公司武漢綠動總經理劉真介紹。
實作燃料電池關鍵材料和零部件國産化、批量生産，有助于大幅降低整車成本。記者了解到，以上述項目為代表，國産化力量正在加速突圍。
性能更優的同時，價格較國外同類産品減半
目前，絕大部分燃料電池汽車采用質子交換膜技術，但要想兼顧高性能、長壽命與低成本卻非易事。自主生産、規模應用難在哪裡？
劉真告訴記者，現有的質子交換膜多采用全氟化聚合物材料合成，其穩定性好、壽命長，開發和生産難度卻很大，進而導緻成本高、售價貴。“相比之下，國内相關研究起步較晚，技術積累薄弱，産業鍊配套一度不健全、不成熟，特别是高品質的關鍵原料和工藝裝置配套能力弱。若是批量生産，對工藝技術和裝備的專業化要求更高，加上前期投入大、回報周期長，很多企業往往動力不足，性能穩定的規模化生産難上加難。”
據了解，首條生産線實作多項突破。劉真舉例，通過采用先進高精度塗布技術和熱處理技術，可實作對質子交換膜塗布厚度的精細控制。先進的線上檢測及工藝過程檢測儀器，對質子交換膜的厚度、缺陷及瑕疵線上監測并實時回報調整，可以有效提高批量化生産的一緻性，進而大幅提升良品率、降低産品成本。
“除了更高的均勻性，産品在幅寬尺寸有了更多選擇，可以生産厚度從8微米到20微米的質子交換膜。這是我們自己的産品，在質子電導率、氣體滲透率、機械強度等方面均相當或優于國外同類産品，價格卻隻有一半左右。”劉真稱。
中國科學院院士、武漢理工大學校長張清傑直言，質子交換膜成本對氫燃料電池發展有着重要影響，這一生産線的投産，意味着我國在質子交換膜高端産品領域有了自主生産能力，将由此推動我國燃料電池核心材料産業向前大步邁進。
産業鍊不能多而不強，
自主化不是重複建設低質産能
在此基礎上，行業需要更多突破。“實作燃料電池關鍵材料和部件的國産化批量生産，就能大幅降低燃料電池發動機成本，進而降低整車價格。”早前在接受記者采訪時，中國工程院院士衣寶廉就表示，我國在整車、系統等方面早有布局，但零部件企業相對較少，尤其是核心部件、材料及其配套工藝相對滞後。“諸如空壓機、氫氣循環泵等裝置，國内雖有企業介入，但大部分關鍵零部件仍依賴進口，無形中增加成本。”
多位人士證明，目前，電解水、氫氣純化等制氫環節基本不存在“卡脖子”問題，但産業鍊中下遊國産化率仍待提高。“準确來說，很多裝置不是完全做不出來，而是批量生産的可靠性、穩定性面臨挑戰。比如，精密調節、快速響應、穩定輸出以及故障率等方面，目前還有較大改善空間。自主化不是低品質産能的重複建設，而要朝着高品質方向發展。”浙江鋒源氫能科技有限公司董事長王海峰表示。
國家電投科技與創新部相關人士也稱，近年來，國産化程序加速，但氫燃料電池關鍵材料及部件“卡脖子”問題尚未完全解決，比如碳紙等關鍵材料仍未實作國産化，電堆和系統的可靠性、耐久性未得到充分驗證。“氫燃料電池技術标準、檢測體系也不夠完善。産業發展趨于同質化，集中表現在産業鍊企業多而不強。”
全國燃料電池及液流電池标委會副秘書長盧琛钰稱，産業發展前期，核心裝置與關鍵材料的研發投入相對欠缺。要麼真正有實力、有創新能力的企業，缺乏更大更好的平台及資金支援；要麼資金雄厚的大企業，往往更重視應用端投入，對材料和部件的重視程度不夠、投資力度不足。
部分技術實作領先，
全面實作國産化批量生産可期
上述人士透露，包括武漢在内，國家電投還将在華北、華東、東北等區域建設産業基地，計劃形成年産萬套燃料電池電堆及催化劑、膜電極、雙極闆等關鍵材料部件的自動化産線。除了質子交換膜，該公司還将推進催化劑、膜電極、雙極闆等關鍵材料和部件的研發，在功率等級、功率密度、環境适應性、耐久性等方面達到國際先進水準。
“事實上，部分國産化技術水準已經達到、甚至超過國外商業化産品，下一步是形成大批量自主生産技術。是以，亟待加強上述關鍵材料核心部件的技術轉化，加快形成具有完全自主知識産權的批量制備技術、建立産品生産線，全面實作關鍵材料核心部件的國産化批量生産。”衣寶廉表示。
這一觀點得到盧琛钰的贊同。“不可否認，我們的國産化程序顯著，部分質子交換膜、催化劑實作了小批量應用。但從整體看，國外産品仍占據較大市場。提升電堆和系統設計能力，對相關核心材料、部件的要求更加細化；生産及測試裝備的能力、精度進一步提升；充分考慮如何将實踐所獲得的資料回報到研發和工程化過程中，并且逐漸優化——這些都是亟待補齊的短闆。”
上述人士提出，在推動技術轉化應用的同時，可建構協同創新機制和合作交流平台，加強科研機構、院校、企業等多方合作，鼓勵企業對突破性研究成果開展“先行先試”。同時建構政策保障體系，制定氫燃料電池技術及裝備中長期發展規劃，做好系統的頂層設計。
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出品 | 中國能源報（ID：cnenergy）
編輯丨李慧穎
見習編輯 | 李澤民