鸿基创能引领国产膜电极“快跑”

发表于：2020-11-25 来源：高工氢电

膜电极作为燃料电池“芯片”，技术门槛极高，国内膜电极主要市场份额多年来一直被国际企业所占据。国产自主膜电极技术突破，对燃料电池行业发展及国家氢能战略意义重大。

这就是为什么，在五部委正式发布的《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》中，“以奖代补”方案细则明确采用积分制奖励模式，除给整车积分补贴外，还特别针对膜电极等核心材料积分标准给予了规定，旨在鼓励核心材料自主技术提升。

方案细则中，还有很关键的一点是强调资源优化配置，鼓励城市集群发展。示范城市群要聚焦技术创新，实现核心材料、关键部件和整车产品研发突破及产业化应用。申报示范城市群则是选择产业链上优秀企业所在城市进行联合。可见拥有核心自主技术的优秀企业在申报示范城市群中的重要性。

在这一政策形势下，已培育拥有关键核心技术企业的地方政府占据着先发优势。事实上，“先知先觉”的广州市早在2017年底就引进了鸿基创能科技（广州）有限公司（下称“鸿基创能”），该公司团队在膜电极领域技术积累与产业化经验深厚，经过短短两年多时间，在技术创新、精益规模化制造及商业化应用等方面取得了显著成绩，引领国内自主膜电极发展方向。

鸿基创能因此为广州乃至粤港澳大湾区城市群申报氢能示范城市创造了有利条件。当前广州市正以鸿基创能重要纽带，全力推进全产业链建设，打造国际一流的氢能产业聚集区。广州市又是粤港澳大湾区核心城市，卓有成效地带动着整个大湾区氢能产业高质量发展。

被广州市当作“种子选手”培养，为大湾区申请氢能示范城市群创造有利条件，并不负所望地在我国膜电极国产化进程中扮演重要角色，鸿基创能究竟有哪些过人之处可供同行借鉴？

技术创新，引领产业前沿

现阶段中国燃料电池处于发展初期，各个环节工艺不成熟，具备实际产业化经验的人才极度匮乏，专注于核心材料膜电极研发生产的企业也并不多，至今膜电极主流市场仍被外资企业占据。在国内整体市场有待开发的背景下，国产膜电极仍以喷涂、热压转印等技术路线小批量生产应用偏多。

国产膜电极大规模产业化，需要克服人才紧缺、技术路线突破等多重障碍。鉴于膜电极是燃料电池的核心，在燃料电池电堆成本中占据着比较高的比例，膜电极的产业化也有利于解决当前燃料电池极其昂贵的“诟病”。在一片弱基础的土壤上，国内膜电极行业急需要产业化经验深厚的团队来改善“贫瘠”的现状。

为此，鸿基创能组建了一支“实战”型团队：公司核心技术团队以加拿大国家工程院院士叶思宇院士为带头人，由多名北美及国内的燃料电池专家组成，整个团队的技术专长覆盖了催化剂、质子交换膜、膜电极生产和封装、膜电极测试、燃料电池电堆测试等领域，共申请（含已授权）国内外专利100余篇，在国外核心期刊发表文章200余篇。

凭借雄厚人才团队及20多年的产业化经验，鸿基创能不断地引领行业技术创新：

（1）开发了CCM阴阳极双面直接涂布技术和膜电极一体成型技术，正在成为燃料电池行业膜电极涂布工艺的主流方向；（2）共同研发应用了国际上最先进的卷对卷双面直涂技术，完成CCM的大规模生产；（3）研发运用膜电极自动化快速封装技术，大规模提升膜电极产能；（4）通过优化浆料及涂布工艺，有效控制CCM表面缺陷，确保产品大规模生产的良品率、质量及使用稳定性，并达到降低成本的效果。

鸿基创能引领国产膜电极“快跑”

鸿基创能CCM及膜电极

鸿基创能通过提高量产能力和效率，已实现了膜电极“高质低本”制造。秉持一贯创新精神，公司将于2021年Q1推出单边框膜电极产品，将会彻底更新国内主流的双边框设立理念，更便宜、更快速、无缺陷。同时，公司正在研究的低铂催化剂也将成为今后市场的方向。

作为国内自主膜电极产业化领先企业，鸿基创能不仅代表自身代表广东省，更背负了推进国产化进程的重任。目前以叶思宇院士领衔的技术团队与相关合作伙伴，已申报入选多项国家、省重点科研项目，在氢能产业领域起着为国家科技攻关的关键作用。

其中，国家级项目2项：（1）在国家重点领域研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项中“车用燃料电池催化剂批量制备技术”课题完成答辩，基本确定入选；（2）以“高性能长寿命燃料电池研发及在氢能重载车辆示范应用”项目入选国家能源局“科技助力经济2020”重点专项十大项目之一。

省级项目3项：（1）于2019年成功入选“珠江人才计划创新创业团队”和“珠江人才计划杰出人才”；（2）以“车用高功率长寿命燃料电池堆工程化制备技术研究”项目入选2018年广东省重点领域研发计划项目；（3）以“高功率密度氢燃料电池动力系统集成”项目入选2019年东省重点领域研发计划项目。

鸿基创能还牵头申报了广州市2020年金属板电堆及膜电极产业化项目，已经完成预申报。

精益制造，助力氢能产业示范

得益于团队深厚技术积累与科研前瞻性眼光，鸿基创能不仅实现了膜电极的产业化，还在精益制造上走在国内领先地位，目前CCM日产能达1000㎡，膜电极成品日产能达到2000片以上，在高量产能力的基础上，CCM良品率达到了99.9%，MEA也将近99%。

具体来看，鸿基创能自主化CCM和膜电极产品具有以下五大优势：

（1）低铂金载量催化剂。制约燃料电池广泛商业化的一个重要因素是成本，而铂金催化剂在整体成本中占有很高的比重。目前鸿基创能第一代产品HyKey1.0的铂金载量为0.45mg/cm²，正在开发的第二代产品Hykey2.0为0.35mg/cm²。

（2）连续化生产工艺。鸿基创能的膜电极生产工艺过程由两个连续化精密涂布步骤组成，平均线速度≥5m/min，极大提升单位时间产能，同时相应降低成本。同时定制开发的精密涂布设备具备“补丁”及“斑马”涂布功能，配备在线缺陷检测、打标，物理尺寸检测，铂金载量等单片质量巡检，确保产品的一致性和均匀性。

（3）高性能和长寿命。建立在多年积累的膜电极背景信息及know－how的基础上，膜电极原材料（如树脂、质子交换膜、催化剂粉末、气体扩散层等）选用性能和寿命经过验证的产品，通过优化组合，最终膜电极产品功率密度≥1.4W/cm²，寿命在15000小时以上。

（4）低成本。除了降低铂金催化剂的使用量，还通过优化生产工艺，尽量减少不必要的产品中间体等方法，进一步降低成本，最终产品成本比市场上竞争对手降低30%。

（5）产业化验证。核心研发人员参与了奔驰、福特、日产、奥迪等整车厂的燃料电池汽车研发，所设计的膜电极经过了大量的车载实验及验证。奔驰发布的2018款GLC燃料电池乘用车膜电极由团队主要成员研发，并成功通过整车5,000小时的寿命验证。同时，团队带头人叶思宇博士带领研发的膜电极已经被广泛应用在巴拉德的燃料电池巴士、物流车、叉车及备用电源领域，其中用于欧盟巴士项目的膜电极整车寿命累积超过30,000小时。

如今一家欧洲顶尖车企对使用鸿基创能膜电极的电堆进行综合评测，产品性能指标均满足该车企要求，部分指标甚至超过；经过国内某电堆龙头企业的燃料电池电堆使用测试，整体性能较国内目前进口的膜电极产品提升35%，成本下降30%，同比千瓦成本下降50%。

毫无疑问，在接下来“以奖代补”的燃料电池产品放量过程中，鸿基创能膜电极将具备明显的产业化和成本下降优势。

事实上，目前鸿基创能膜电极产品已经获得了市场的广泛认可。目前公司已经和国内外25家企业形成了有效的合作机制，累计订单额超过6000万元人民币。

鸿基创能向国内燃料电池行业某龙头企业供应膜电极产品，经过多轮的综合评测，产品性能满足各项指标要求，并实现其高性能燃料电池电堆批量化生产。

该电堆净输出功率为48kW，含端板功率密度为3.08kW/L，可实现-30℃低温启动。目前完成了三款燃料电池样车的组装，分别为31吨燃料电池自卸车、氢燃料电池厢式商用车及氢燃料电池城市客车，正在进行批量化路试。根据路试结果，三款燃料电池样车的运行情况良好，未出现任何性能衰减现象，预计寿命均能够稳定超过20000小时。

鸿基创能引领国产膜电极“快跑”