中國對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的興趣與氫能在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用密切相關(guān)。截止到2020年底，中國已擁有全球范圍內(nèi)數(shù)量最多的燃料電池重卡以及商用車。根據(jù)《氫能技術(shù)世界》統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)在中國舉辦的氫能主題的行業(yè)活動(dòng)都聚焦了燃料電池的交通運(yùn)輸應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展。為了推動(dòng)這些領(lǐng)域的進(jìn)步和創(chuàng)新，中國正在通過政府資助促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。那么，中國氫燃料電池領(lǐng)域最值得關(guān)注的最新動(dòng)態(tài)有哪些呢?
一、氣體擴(kuò)散層
雙極板和膜電極組件(MEA)是質(zhì)子交換膜燃料電池中最關(guān)鍵的兩個(gè)部件，在很大程度上決定了燃料電池電堆的性能。雖然目前只有少數(shù)國內(nèi)公司能夠進(jìn)行綜合MEA核心部件（包括催化劑，PEM和氣體擴(kuò)散層）的國產(chǎn)化，但在政府的鼎力支持下，燃料電池行業(yè)的國產(chǎn)化、商業(yè)化進(jìn)程正在提速。
氣體擴(kuò)散層(GDL)是MEA的重要組成部分，負(fù)責(zé)PEM燃料電池中的氣體和水的傳輸。良好的GDL材料具有高機(jī)械強(qiáng)度、高導(dǎo)電性和高透氣性。碳纖維紙是制造GDL的主要材料，一直以來是阻礙國產(chǎn)化的技術(shù)障礙。
過去，由于國內(nèi)缺乏碳纖維紙生產(chǎn)基地，中國GDL制造商一直依賴國外供應(yīng)商（如日本東麗和德國西格里等）進(jìn)口碳纖維紙。然而，兩年前，隨著通用氫能G-Hydrogen成為第一家開始大規(guī)模生產(chǎn)GDL和碳纖維紙的中國公司，國內(nèi)行業(yè)向自力更生邁出了重要一步。
深圳市通用氫能科技有限公司的公司代表向《氫能技術(shù)世界》透露，在中國南方推出一條年產(chǎn)10萬平方米的滾輥GDL生產(chǎn)線后，該公司最近又在中國北方建立了一個(gè)全自動(dòng)工廠，可制造長(zhǎng)達(dá)1000米的碳纖維紙。兩條生產(chǎn)線的產(chǎn)品種類齊全，覆蓋碳纖維紙、碳紙和GDL。
據(jù)公司代表介紹，通用氫能的突破性進(jìn)展源于創(chuàng)新性地采用聚四氟乙烯 (PTFE) 和氟化乙丙烯制成的先進(jìn)疏水劑對(duì)碳布 GDL 進(jìn)行表面處理，敏感度的增加提高了燃料電池的性能。迄今為止，通用氫能已為主要行業(yè)參與者（如巴拉德動(dòng)力公司，捷氫科技和濰柴動(dòng)力）供應(yīng)GDL-S-16，GDL-S-18，GDL-S-20和GDL-S-22產(chǎn)品，適用于液冷和風(fēng)冷燃料電池堆。
二、金屬雙極板和涂層
在燃料電池技術(shù)中，雙極板是PEM電堆的核心部件，在氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電和水的過程中起著核心作用。雙極板充當(dāng)燃料電池兩個(gè)極的載體——陽極板和陰極板，負(fù)責(zé)導(dǎo)電、反應(yīng)中H2和O2的分布以及反應(yīng)散熱。
當(dāng)前，中國燃料電池的應(yīng)用焦點(diǎn)可能仍是交通運(yùn)輸領(lǐng)域，尤其是是卡車和客車，但是在乘用車上的應(yīng)用正在興起。據(jù)中國市場(chǎng)研究公司華經(jīng)情報(bào)的數(shù)據(jù)顯示，2021年，全國雙極板產(chǎn)能約為2000萬片。53%的國內(nèi)制造的燃料電池堆由石墨雙極板組成，其余47%采用金屬雙極板。與2020年相比，金屬雙極板的數(shù)量增長(zhǎng)了203%。
在乘用車市場(chǎng)的推動(dòng)下，越來越多的中國雙極板制造商在增加產(chǎn)能。與石墨雙極板相比，金屬雙極板被認(rèn)為是長(zhǎng)期目標(biāo)下降成的更好選擇，并且是用于乘用車燃料電池堆更有效的解決方案。在金屬雙極板的整個(gè)生產(chǎn)過程中包括成型、沖壓、涂層和封裝，涂層通常占整個(gè)板成本的50%，是金屬雙極板壽命的關(guān)鍵。
這方面，國內(nèi)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者之一的上海治臻新能源推出了一種切實(shí)可行的技術(shù)解決方案，不僅將涂層成本降低一半，還將產(chǎn)品壽命從數(shù)千小時(shí)延長(zhǎng)到20000小時(shí)以上。
不同于在鈦或不銹鋼基體上使用貴金屬涂層的主流方法，上海治臻在非晶碳涂層中引入了具有特定結(jié)晶取向的納米晶體結(jié)構(gòu)。由于在碳涂層和金屬之間形成化學(xué)鍵在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性，該公司還實(shí)施了層間梯度匹配技術(shù)和增強(qiáng)等離子體沉積技術(shù)。
真空鍍膜技術(shù)應(yīng)用范圍極廣，除了在數(shù)碼相機(jī)、LCD投影機(jī)的鏡頭、反射鏡和濾光片等廣泛使用光學(xué)薄膜涂層的市場(chǎng)之外，在金屬雙極板上的應(yīng)用也在快速發(fā)展。廣東匯成真空科技股份有限公司的公司代表告訴《氫能技術(shù)世界》:“中國的薄膜涂層物理氣相沉積生產(chǎn)線的開發(fā)與其他國家相比，具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)?！边@家真空鍍膜公司采用了高功率脈沖磁控濺射（HIPIMS)技術(shù)，這是薄膜沉積技術(shù)的一個(gè)相對(duì)較新的進(jìn)步，它的輸出能力高達(dá)每分鐘九片420x151x0.1毫米的金屬雙極板。
三、先進(jìn)技術(shù)推動(dòng)國內(nèi)生產(chǎn)
材料污染會(huì)影響燃料電池性能。根據(jù)國外Journal of Power Sources雜志發(fā)表的一篇論文顯示，即使是燃料、空氣流或燃料電池系統(tǒng)組件中存在的微量雜質(zhì)，也可能嚴(yán)重毒害陽極，膜和陰極。
識(shí)別燃料電池污染源至關(guān)重要。根據(jù)帝斯曼工程材料有限公司的 Tamim P. Sidiki博士、于斌和Robet Janssen博士最近的研究表明，雖然熱塑性塑料是燃料電池系統(tǒng)的理想選擇，但持續(xù)直接接觸燃料電池系統(tǒng)中的氣體和液體，會(huì)導(dǎo)致熱塑性組分的水解，伴隨的離子浸出可能導(dǎo)致膜污染。在眾多的工程材料中，聚苯硫醚(PPS)以其優(yōu)異的耐水解性和低離子浸出性而脫穎而出。然而，帝斯曼能夠基于XytronTM PPS創(chuàng)建一個(gè)完整的材料組合和仿真平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)更低的離子浸出和更好的耐水解性。
“帝斯曼的燃料電池相關(guān)產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)使用，但與西方市場(chǎng)相比，中國市場(chǎng)在實(shí)踐新的研發(fā)成果方面反應(yīng)更快?！钡鬯孤蚱囯姎饣呒?jí)工程經(jīng)理于斌說，“中國政府早在2019年就開始推出激勵(lì)措施促進(jìn)燃料電池行業(yè)發(fā)展，帝斯曼PPS材料僅在一年后，即2020年就進(jìn)入批量生產(chǎn)。目前，大多數(shù)國產(chǎn)燃料電池電堆和系統(tǒng)使用的是帝斯曼PPS材料?！?/p>
按照以往慣例，中國的能源領(lǐng)域一直由國有企業(yè)和國有資本投資公司主導(dǎo)，從而削弱外國公司在本地市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。然而，說到氫能的應(yīng)用，尤其是在燃料電池領(lǐng)域，具有強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)的外國投資者和外資公司將對(duì)本地市場(chǎng)構(gòu)成足夠的吸引力。
在不少積極融入中國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的外資公司中，瑞士精密加工公司法因圖爾是一家典型代表。在江蘇省太倉市設(shè)有工廠的法因圖爾（FEINTOOL），已與德國激光專家SITEC攜手合作，從2023年起，將在中國市場(chǎng)推出年產(chǎn)量為1000萬片的金屬雙極板，該產(chǎn)品將結(jié)合法因圖爾最新的FEINforming技術(shù)以及最新一代液壓機(jī)FB one。
在政府資金的激勵(lì)和外國技術(shù)的加持下，中國對(duì)氫燃料電池的快速應(yīng)用正在提升國內(nèi)技術(shù)進(jìn)步以及該領(lǐng)域的制造能力，為降低成本鋪平道路，而降本的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)也將進(jìn)一步加速燃料電池技術(shù)及其應(yīng)用的部署。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：中國氫燃料電池的最新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
