雄韬氢能坚持自主研发氢燃料电池技术

　　“通过降低成本并提高大规模生产氢燃料电池的效率，中国的创新者正在引领一场氢革命。”2023年2月，国际性科技期刊《Nature》以《推动氢燃料电池走向主流》为题，介绍了雄韬氢瑞的新型电堆。

　　“在文章发表之前，《Nature》中国区域负责人来到大鹏实地调研。”雄韬集团副总裁、首席技术官陈宏博士表示，这是《Nature》对雄韬在引领氢能产业创新发展方面所做贡献的肯定，必将对推动市场化产生良好的影响。

　　▲《Nature》介绍雄韬氢瑞电堆

　　在电池领域深耕近20年的陈宏，近年来带领团队致力于氢燃料电池领域核心技术攻坚，以全产业链布局，引领行业降本增效，推动着氢燃料电池走向主流。

　　自主创新，选择一条难而正确的路

　　不出差的日子，陈宏早上一到公司，会到产线上看看生产情况，走进实验室了解电堆性能测试进展，如遇到急需研讨的技术难题，他便召集研发团队来一场“头脑风暴”……▲陈宏（左二）与团队探讨测试数据问题

　　氢能作为绿色清洁能源，被称为人类的终极能源，未来将有广泛的应用，对于实现国家碳达峰、碳中和目标具有重要的意义。

　　而氢燃料电池是发展氢能的关键一环，它是把燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置。陈宏介绍，就交通运输行业的应用，氢燃料电池密度高，是汽油的三倍，其动力较充足，续航里程长，低温性能非常好，而且零碳排放，加上我国氢气来源丰富，未来氢能汽车将成为燃油车、电动车最有潜力的替代之一。

　　正是瞄准氢能的发展前景，成立于1994年、深耕电池领域30年的雄韬，早在2014年便开始前瞻性布局氢燃料电池的研发。

　　但氢燃料电池的核心技术涉及的知识领域交叉很深，从材料到机械再到水热管理、电化学等等。这需要企业构建一支高端人才队伍，才能打造出拥有高性能的电堆产品。

　　“当时国外已开发出产品，但发展氢燃料电池有很多技术路线，我们通过全球合作投资考察之后，决定走自主研发这条路。”陈宏介绍，为攻坚氢燃料电池核心技术，雄韬每年投入上亿元，引进海外回国创业的技术团队，于2017年组建完成自己研发和运营团队。“你必须自主创新，否则你会受制于人。这是一条艰难而正确的路。”

　　▲陈宏（右一）在产线上了解生产情况

　　“如果把氢燃料电池系统比作人体，电堆就是它的‘心脏’，它的技术壁垒很多。”陈宏表示，第一代电堆从研发到产品设计过程，从密封、点胶、漏气、性能等方方面面，需要突破非常多技术难关。“电堆里最核心的膜电极，厚度不到一个毫米，却有7层结构，里面非常复杂，包括催化剂、扩散层、质子交换膜及边框等。”

　　这是一个从0到1的创新过程，基本没有可以参考的先例，过程非常艰辛。设备应该怎样设计？工序要走什么样的技术路线？陈宏带领研发团队经过近三年时间的摸索，2019年底第一条电堆自动生产线投产了！这是国内第一条，也是全球第一条石墨堆全自动化产线，具备5000台套的产能。全球石墨板排名第一的巴拉德公司总裁 Randy参观之后，都赞叹不已。“因为我们立足于产业化的开发，因此要建成这样投入巨大的产线，才能最有效地保证产品品质一致性和稳定性。”陈宏表示。

　　▲通过大规模生产技术，雄韬氢瑞正在降低燃料电池的成本2020年，雄韬氢能第二代石墨电堆、金属电堆两大产品系列完成研发，于2021年年底进行量产。

　　“在整个电堆研发过程中，最大难题在于电池寿命测试。”陈宏介绍，一个装车需求的电堆寿命测试需要2万小时以上，即三年才能完成一个测试周期。“像前期我们遇到了氢气不纯，测着测着，整个电堆可能就毒化了，前面测试的1000小时报废了，只能重头来。所以，每次团队需要以非常多的方案同时进行。”他表示，经历了非常多的失败，这个过程让人非常揪心。

　　降本增效，以技术进步“拼命奔跑”

　　产线建起来了，电堆产品有了，但氢燃料电池等氢能产品的市场化之路，仍然困难重重。

　　随着国家绿色发展战略的推进，氢能产业发展已经提速，但仍然面临着加氢站等基础设施建设不完善，氢气和氢燃料电池成本偏高，核心零部件依赖进口等瓶颈。

　　▲陈宏（右一）了解电堆性能数据

　　近年来，陈宏带领团队着力于用领先的创新技术和国产化替代去驱动降本，在材料、关键部件、电堆及系统等全链核心环节技术上不断突破，截至目前，雄韬氢能领域已公开专利共计 282 件。

　　“一方面，我们每年在电堆体积、功率密度等核心技术性能指标提升20-30%，靠着技术进步拼命向前奔跑；一方面通过大规模生产技术让成本以每年30%左右的幅度下降。”陈宏介绍，今年雄韬氢瑞宣布A1系列电堆降至999元/kW，预计到2025年率先突破500元/kW的大关。“目的在于拉动产业链降本，给行业注入信心。”

　　陈宏团队还储备了新型电堆技术——“纸电堆”。“这一技术灵感来源于铅酸产业化的工艺技术。”陈宏说，石墨堆、金属堆都是站在别人的肩膀上，而纸电堆是一个完全创新性的材料，该纸电堆极板改善了石墨板强度与金属板耐久方面的劣势，具备抗弯强度高、厚度薄、寿命长、重量轻、成本低等多种优点，“这是一款划时代的产品，目前已经到样品制作完成阶段，预计明年就要投入小批量的市场，2025年实现量产。”

　　▲ 雄韬氢瑞的纸电堆极板薄至0.3毫米，柔韧性极佳“纸电堆采用新型碳材料，中国的碳储量丰富，纸电堆将起到非常重要的降低成本的作用。”在陈宏的心目中，雄韬氢瑞要做用户买得起、用得放心的电堆。“简单而言就是高性价比、高品质和高安全性。我们希望用极致产品，去赢得真实应用场景的订单。”

　　“电堆成本占据整个发动机成本的60%，现在基本可以控制在1000元/kW以内，未来可以降至300元/kW，那么一辆乘用车发动机的成本在5万元左右，这跟燃油发动机相比基本相当。”此外，陈宏带领团队尝试使用各种技术路径持续降低系统氢耗。通过提升电堆工作点性能，自主开发引射器、分水器、控制器等核心零部件，优化控制策略等手段，系统效率累计提升10%，平均氢耗降低30%；以31吨重卡为例，行业平均水平为百公里10-12kg氢气，使用A1石墨堆的氢雄燃料电池发动机后，氢耗可降低到每百公里8-9kg。“对于一辆31吨的重卡，氢气使用成本约为3元/公里，也和燃油车经济性相当。”

　　绿色发展成为全球共识，国家正从政策扶持层面解决氢气来源、成本和使用便利性等问题。近5年来，国内氢燃料企业如春笋般爆发式增长，带动了整个产业链技术进步和成本降低。“雄韬氢燃料电池的零部件产品基本都国产化了，而纸电堆是百分百自主创新。”陈宏表示，“这需要时间，也需要市场规模的量上来，燃料电池车的使用成本，将逐渐接近直至低于电动车及燃油车。”

　　据了解，目前雄韬氢燃料电池发动机已经装车超过450辆，实现在公交车、物流车、环卫车、重卡等多种车型以及工程机械上的应用。总里程超过2000万公里，总减碳排量达3000万公斤，这相当于种了20万多棵树。

　　“今年我们将批量推广600台级，2024年将大批量运营车1000台级。”陈宏介绍，雄韬氢能已完成制氢、膜电极、燃料电池电堆、燃料电池发动机系统、整车运营等产业链关键环节布局。

　　创新融合，推出四大组合体系

　　先后深度参与和推动铅酸电池、锂电池、氢燃料电池、钠电池等开发与应用，陈宏在雄韬经历过不止一次“从0开始”的挑战。

　　2007年，他被集团委以重任，带着不到十个人的技术骨干，前往越南筹建工厂。这是雄韬海外基地的第一站，他和团队以深圳拓荒牛的精神，仅用5个月时间的“深圳速度”开始投产。如今，越南雄韬已成为年产量12-13亿左右的海外重要生产基地。“在越南三年多，从建厂到管理，我得到很多砺练，完成从研发思维到运营思维的转变。”

　　2010年底回国后，陈宏作为公司董秘参与公司上市的筹备工作。2014年12月3日，雄韬股份正式登陆深圳证券交易所中小板，成为大鹏新区首家上市企业。“那一刻当然很开心，但我们已开始谋划如何布局氢燃料电池了。”

　　▲了解产线的生产情况

　　每当找到解决关键问题的突破性思路时，是陈宏最开心的时候。“最近我们有了一个创新思维的突破，将推出组合应用、组合技术、组合产品、产品降维等四个创新体系。”这是陈宏对近20年研发、运营工作积累的总结，他希望这个融合创新的体系，能在迎接新一轮新能源发展浪潮时彰显雄韬实力。

　　“这个灵感来自氢钠储能一体化项目，目前我们正申请国家项目支持。”陈宏认为，每一种材料或产品，都有各自优点和缺点，“如果进行组合创新，不就1+1>2吗，未来可能钠电跟锂电，或者说铅酸跟氢能，都可以组合出很多创新应用场景。”

　　“研发、制造电池，对我来说，就是一种热爱，因为它永远有未知领域，让你有不断去探索的动力。除了燃料电池，我们还在学习钠电池，目前已完成产品研发。”跨越四大电池领域的研发和运营，陈宏最常跟别人分享的一句话：不念过往，不惧未来。“在总结过去经验的基础上，因为你有很多迭代的创新，未来又有何所畏惧呢？”

　　深圳市正大力发展新能源储能、新材料等战略性新兴产业，聚焦先进制造业，培育发展壮大“20+8”产业集群，出台一系列相关的产业帮扶政策。“我们把最核心的电堆研发放在大鹏，是因为深圳市、大鹏新区都很支持我们这样的高新技术企业，在科研经费、鹏程计划人才政策等方面都给了非常大的支持。”

　　▲位于大鹏的雄韬科技园

　　“目前我们正申请在大鹏雄韬科技园建设加氢站，燃料电池也计划应用到大鹏的环卫车。”陈宏还记得刚来大鹏看到大海时的兴奋，以及对未来的期盼。近年来大鹏的变化日新月异，在绿色大鹏，他带领团队立志要研制出性价比最高的氢燃料电池，“我们的终极目标就是做用户买得起、用得放心的优质产品，全力以赴为高质量发展贡献绿色动力，也让世界看到中国科技创新的力量。”来源：深圳发布