高工洞见
GGII:金属堆力量崛起
2020-05-06 10:01:31


在石墨堆占据燃料电池市场主流之际,金属堆力量已经悄然崛起。


高工氢电调研梳理发现,现阶段国内金属堆力量主要分为三类:

一是以丰田、Power Cell、Nuvera、爱尔铃克铃尔为代表的国外金属堆生产商正瞄向中国市场,其中丰田、Power Cell的金属堆已实现装机落地,Nuvera金属堆生产项目已在浙江杭州正式落地。

二是本土崛起的以金属堆为主营业务的电堆企业,以爱德曼、新研氢能、上海氢晨、明天氢能、国电投、上海骥翀、上海空间电源研究所、湖南振邦、上海氢源动力为代表,其中爱德曼斩获浙江嘉善和佛山南海共236台公交订单(浙江嘉善50台投入正式运营),明天氢能配套2台氢能公交正式投入运营,国电投与中国中车联合开发的氢能公交在宁波正式下线。

三是本土崛起的采取“两手抓”策略的电堆企业,以新源动力、氢璞创能、锋源氢能等为代表。其中新源动力推出了第三代产品大功率金属双极板电堆模块HYSTK®-70,单堆功率85kW, 电堆体积功率密度突破3.3kW/L;氢璞创能金属堆产品与海马汽车等车企展开合作,已经开发了第二代产品,主要瞄向乘用车市场。


可以看到,国外先进技术的输入、国内老牌力量的投入及新兴企业的干劲正试图改变国内石墨堆一统天下的格局,并初步取得了一定成绩。


不过,在发展初期,鉴于金属堆技术及工艺并没有很成熟,市场应用案例也不算多,业界仍然有诸多疑惑:

①金属堆应用于商用车,寿命问题解决了吗?

②金属堆更适合用于乘用车?应用于商用车只是尝试?

③当前金属堆是尝试性的应用,还是会有持续性的市场需求?未来市场空间究竟多大,企业该如何抉择?


也许很多问题在现在这个阶段还不好回答,因为缺乏充分的验证,同时技术进步的力量也是难以估量的。但本着发展的眼光,率先展开深度探讨是有必要的。基于此,本文以实际案例为基础,集合业内资深人士的主要观点,以期给读者有益的参考与借鉴。


纠结点在于寿命


金属堆单堆功率高,体积小重量轻,低温冷启动能力强,适合批量化生产,假如寿命问题能够解决,对于燃料电池汽车而言,无疑会是完美的选择。


不过,现实往往不尽如人意。高工氢电调查发现,在燃料电池汽车上的应用,相比于石墨堆,现阶段金属堆主要诟病于寿命与成本。金属板表面改性耗时长、成本高,同时市场需求偏小,难以实现批量化生产,导致金属板比石墨板成本高出50%-80%。


成本高还不是主要制约因素,因为一旦规模化发展后,成本降低是迟早的事,未来比石墨板成本更低也不是不可能。相对而言,业内更为关注的是,金属堆寿命能否有较大的突破,比如从5000小时突破至1万小时、1.5万小时乃至更高,这才是其能否批量应用的关键。


目前还没有人能够为金属堆寿命下结论,主要原因一是缺乏充分的验证,二是涂层材料与技术能否有巨大突破不好判断。而不下结论,并不代表不能去探索尝试,也不代表不能突破向前。这就是为什么世界上最好的电堆技术掌握在车企手里,这些车企基本都支持金属堆路线,同时国内也已经有一批企业坚定地选择了金属堆作为主营业务。


在他们看来,金属堆是未来发展趋势,如果成熟了可以快速地取代石墨堆在交通领域的应用,只是需要一个过程而已。


“石墨单堆很难做大功率,做到50-60kW再往上就比较少了,而金属单堆轻松可以做到100 kW以上。”一家燃料电池企业高层坦率表示,金属堆在交通领域应用应该是很广泛的,像很多人认为金属堆适用于乘用车,石墨堆适合用于空间大的商用车,其实不然,比如长途重载这类车很大,但留给发动机的空间也较小,需要更多的载货空间。


事实上,很多选择金属堆路线的企业并不是盲目地看好金属堆的优点而忽视其缺点,他们对于金属堆寿命的判断,有基于对技术深刻认识的专业分析。


上海骥翀创始人付宇表示:“影响金属堆寿命的一个是材料体系,一个是工况。材料体系只要突破涂层技术,整个金属板的寿命达到下游应用的需求没问题,我认为随着未来材料体系的提升,是可以达到1万小时寿命的。另外,现阶段对金属堆寿命测试是在乘用车工况下测的,工况很复杂,在其他相对简单的工况下,金属堆寿命也可以相应延长。”


爱德曼CEO龚靖则提醒道:“不应该简单比对石墨堆和金属堆的寿命,就说谁寿命长谁寿命短,因为影响燃料电池系统寿命的不仅仅是电堆,更取决于整个系统和控制策略。看金属堆寿命到底符不符合车辆要求,要看在车上实际跑的效果及耗氢量的多少。”


“寿命验证是一个挺漫长的过程,目前金属堆验证没有石墨堆验证充分,所以可能就会有质疑。” 新源动力总工程师邢丹敏认为,但通过突破材料体系,以及改善电堆问题,包括后续的操作条件、方法等,我认为极大提高金属堆寿命是有希望的。不能一刀切地认为金属堆只适用于乘用车而不适用于对寿命要求较高的商用车,只要性能与成本符合,都是有可能的。

企业心态与选择


基于突破金属堆寿命难关的信心,金属堆力量在不断壮大。从目前的金属堆“队伍”来看,既有实力雄厚的央企国家电投和军工企业上海空间电源研究所,也有燃料电池“老将”新源动力和氢璞创能,更有冲劲十足的新势力爱德曼、新研氢能、上海氢晨、上海骥翀等。


其中爱德曼产品已经实现批量装机应用;新研氢能获得了首航节能的资本入股,批量生产线即将投产;上海氢晨获得了申能能创的A轮战略投资;上海骥翀也获得了占据燃料电池系统市场头部地位的重塑科技的投资。


一系列迹象都表明,金属堆市场前景被看好。与此同时,丰田、Power Cell、Nuvera、爱尔铃克铃尔等国际金属堆领先企业正在渗入中国市场,必将促进国内金属堆市场的竞争与进步,正如当初巴拉德率先进入中国市场一样。


从这些企业的战略抉择来看,主要分成两类:一是跟随国际主流车企坚定金属堆路线,以金属堆为主营业务,缺乏需求就凭借技术实力创造需求,以抢占发展先机。这类企业不仅看好金属堆在车用市场的应用,认为在无人机、备用电源、固定式发电等诸多领域也将有很好的应用。面对国际领先金属堆企业的进入,也持良好竞争心态。


众所周知,采用模压工艺的石墨板可以提高产量、降低成本,加之备用电源、固定式发电站等应用领域对电流密度要求不高,运行工况也不会像车辆那样复杂,所以比较适合石墨堆的应用。但在市场发展初期,各种可能性都是有的,金属堆企业也不会轻易放弃这块市场。


“针对这些领域的应用需求,我们可以用不同的基材不同的涂层,也可以选择低成本的材料方案。同时在这类工况下,金属堆的寿命也可以延长。目前这块市场也处在发展初期,还没有真正确定下来,金属堆也是很有机会的。”一家金属堆企业高层称。


二是依客户需求而定,近几年石墨板仍然是市场主流,但金属板在近几年必然也会有尝试应用,后续一旦突破可能需求量会快速攀升,此时先投入做好技术储备。“两手抓”不失为避免单一产品竞争风险的好策略,但这仅限于能够承担较大研发投入的企业。


氢璞创能销售总监赵亮表示,石墨堆和金属堆都会有自己的应用场景,要看各自技术的成熟度及具体的细分市场。目前整个技术水平,石墨堆是领先的,接下来的3-5年也会是主流应用,但不排除商用车带动乘用车发展起来后,金属堆市场需求会快速提升。


“氢璞创能在行业里摸爬滚打十多年,经历了行业的起起伏伏,所以非常清楚不能武断下结论,在不同的时间节点及不同的细分市场,得出的结论都有可能不一样。”赵亮说,基于这样的考虑,公司同时布局碳基复合板电堆和金属板电堆。


锋源氢能技术总监袁蕴超透露:“客户希望燃料电池系统采用何种电堆,是有自己的需求的。石墨板可能在寿命表现上更好点,认为更适用于长寿命商用车;金属堆体积小、功率高,更希望用于乘用车上。当然也有客户希望将金属堆用在商用车上,每家客户的选择会不一样,我们的产品开发会依据客户需求而定。”


客观来看,金属堆是正处于打磨过程中的产品,还需要很多的测试验证,需要很多的积累,才能成为足够成熟的产品。也正是因为不成熟,才给了众多企业运用技术去创造市场的可能性,这份“创造”对于处于发展初期阶段的燃料电池行业而言,弥足珍贵。


关于金属堆的后续技术研发与市场进展,高工氢电将持续跟踪报道。


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