氫能風口初至,氫晨科技開啟産業化佈局

來源:36氪
發佈時間:2022-06-30
當氫能源車年産達5萬-10萬時,氫能源將迎來發展新階段。

2022年以來,氫能成為投資風頭。在2021年初,氫能被正式寫入“十四五”規劃,中央及地方各級政府開始頻繁出臺氫能相關政策,示範城市群開始邁入落地實施階段。

與如火如荼的鋰電池相比,氫燃料電池仍處於早期發展階段,且市場份額較小。截止2021年,中國氫燃料電池汽車保有量為8922輛,佔全球主要國家的18%。而國家發改委等發佈的氫能相關規劃提出,到2025年,我國燃料電池車輛保有量約5萬輛。

氫燃料電池系統主要由燃料電池電堆、DCDC、空壓機、氫迴圈泵等部件組成,而燃料電池電堆作為最關鍵的部件由雙極板、膜電極以及相關緊固件構成。本文的關注公司上海氫晨新能源科技有限公司(以下簡稱“氫晨科技”)成立於2017年,專注于氫燃料電池電堆的研發、生産、銷售及整體解決方案,其産品已廣泛應用於商用車、公交車、重型卡車等應用場景,具有自主智慧財産權的全自動化電堆生産製造産線,目前氫晨科技已與多家車企及燃料電池系統企業達成合作。

氫晨科技已累計完成了3輪融資,最近一次是2021年10月完成2.5億余元的A+輪融資,投資方包括申能集團、臨港集團、臨港管委會、上海交通大學、京能集團、IDG資本、自貿區基金等。

以大功率電堆為核心的氫能科技公司

在燃料電池産業鏈中,電堆處於中游核心環節,其可以被稱之為燃料電池發動機系統的心臟。氫晨科技所生産的燃料電池電堆有著大功率、高功率密度、高可靠性特點。

氫晨科技核心團隊具備多年的車規級燃料電池電堆及核心零部件開發設計及試製能力,公司技術發源於上海交通大學機械與動力工程學院,是上海交通大學與臨港集團科技成果轉化的典型代表。

總經理易培雲是上海交通大學機械與動力工程學院教授、博士生導師、教育部青年長江學者,從2005年開始一直從事氫燃料電池研發工作。團隊先後完成了國家自然科學基金重大國際合作項目、國家863計劃項目、國家重點研發計劃課題等,申請200多項智慧財産權。目前,公司共有300多名員工,博士佔21名,海外歸國人員11名。

這是一家從上海交通大學實驗室孵化出的創業公司。2017年,創始團隊正式創立了氫晨科技,開始獨立商業運作。

目前,氫晨科技已累計開發了80kW、100kW、120kW、150kW四款燃料電池電堆産品,最新一代230kW産品的體積功率密度達到6.2kW/L,額定功率電轉化率皆大於50%。其産品採用氫晨科技自主研發的柔性智慧製造生産線,配合高精度視覺檢測系統,具備高精度、高耐壓、高可靠性的特點。

氫晨科技COO白雲飛博士告訴36氪:“氫晨科技産品覆蓋多個不同型號,而出貨量最多的是120 kW、150kW的大功率電堆。”

此外,白雲飛博士透露,氫晨科技2022年將加速大功率電堆的研發進程,完成從單堆230kW到300kW的突破。

氫晨科技的電堆已廣泛應用於商用車、公交車、重型卡車等應用場景,同時,氫晨科技也探索了無人機、船舶、飛機備用電源等應用場景。

氫晨科技在向客戶提供燃料電池電堆産品的同時,也會根據用戶需求提供整體解決方案,或膜電極等零部件産品。除電堆産品以外,公司也同步發展了固定電站和電解水業務。

多學科技術結合的科技産品

氫燃料電池電堆是一種電化學發電裝置,通過催化劑和氧氣發生反應,將氫氣轉化成電流(和熱量),其唯一的産物是水;且氫氣的熱值極高,可達143MJ/kg,1kg氫氣燃燒産生的熱量能相當於3kg汽油,也可達到三元鋰電池的 120 倍左右,從環境保護角度和能量密度角度,都是絕佳的綠色能源。

氫晨科技電堆所採用的技術為質子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)燃料電池,國內外也有企業嘗試固體燃料電池路線和甲醇燃料電池路線。白雲飛博士告訴36氪,PEM是目前商業化最成熟的路線。

白雲飛博士:“燃料電池本身的研發門檻較高,存在多學科耦合的研發難點。首先,電堆、裝配、生産過程都設計較高機械要求,目前産品以車用為主,對燃料電池有著抗震、防水、防塵等機械耐久性與環境耐久性相關要求;然後,對雙極板和膜電極等零部件的製造精度要求極高,極板的流道深度偏差小于10微米,電堆裝配完成之後單電池裝配的最大偏差小于0.2毫米;接著在性能一致性方面,氫氣和空氣流道涉及流體力學,需要在幾百片電池單元中實現低於5%的流量偏差;氫氣先在陽極側分解,再通過質子交換膜到陰極側與氧氣結合生成水的過程,涉及電化學,需要實現高性能、長耐久和低成本;燃料電池生成電能的同時,部分能量會轉化為熱能,又涉及工程熱力學的散熱問題。上述任何一個方面出問題,都會影響氫燃料電池運作的輸出性能、安全性和可靠性。”

氫燃料電池電堆有著不同的技術路線,石墨極板和金屬極板路線共存。對於車用燃料電池場景,其對於産品體積要求較高,金屬極板比石墨極板更薄,因此金屬極板電堆可做到更大的體積功率密度,具有更大的優勢。白雲飛博士表示,氫晨科技從2005年開始研究金屬板材料,是國內最早研究金屬板電池電堆的團隊。

氫晨科技的燃料電池電堆採用正向研發設計,完全自主設計、生産,掌握膜電極、催化劑、極板等零部件的核心know-how,可最大程度地掌控電堆産品的性能、精密度和可靠性。而從安全形度,氫晨科技在絕緣設計、整體電堆設計、電堆反應速率等多個維度都有核心專利和技術,以保證氫燃料電池安全性。

推動燃料電池降本和普及

與鋰電池相比,氫燃料電池行業當下還有多個問題亟待解決:基礎設施不完善;産品價格高;電堆壽命有待提升;燃料電池技術也需要迭代,向更高功率産品發展。

白雲飛博士告訴36氪,目前市面上的氫燃料電池系統單價在每千瓦五千元左右,雖然相較于之前每千瓦一萬元的單價有了較高的下降,但仍然處於較高水準,我們希望未來以每年10%以上幅度降低,期望2025年達到每千瓦千元水準。

為實現“使燃料電池電堆在體積、壽命和價格上與傳統發動機相當”的産業階段性戰略目標,氫晨科技未來也會繼續加大技術投入和研發,研發更性能更優、體積功率密度更高的電堆産品;同時通過産業延伸、國産替代、規模化生産等手段降低成本。

2022年5月,氫晨科技宣佈以換股形式收購擎動科技100%股權,擎動科技是國內極少數自主研發、設計、生産催化劑,並將其批量搭載至膜電極上的燃料電池核心關鍵材料製造商。

白雲飛博士表示,擎動科技的産品改變了原有國産高性能膜電極生産空白、國內車用膜電極以進口為主的困境,未來,氫晨科技和擎動科技將聯合建立從催化劑、膜電極到電堆的一體化協同開發體系,提高電堆研發效率,也將電堆工藝和設計降本深入到材料層級。

當被問及氫能源行業高峰何時到來時,白雲飛博士表示,當氫能源車輛年産達5萬-10萬時,氫能源行業就迎來了新的發展高峰階段。

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