最近往來揚州火車站的市民,可能會乘坐上一班“特殊”的16路公交車。今年起,揚州在從“西部客運樞紐”到“潤揚森林公園”線路上,投放10輛氫燃料電池公交車。該公交車的動力系統——氫燃料電池系統,正是由揚州本土企業氫璞創能旗下的江蘇耀揚新能源科技有限公司(下稱“江蘇耀揚”)提供。
近年來,新能源、未來能源等新興產業步入發展快車道。江蘇耀揚作為致力於氫燃料電池電堆和系統研發、生產的企業,在2023年成為國內最大功率300千瓦氫燃料電池電堆誕生的“搖籃”。
來到位於廣陵產業園的江蘇耀揚生產車間,記者見到能够“帶動”一輛礦卡的300千瓦氫燃料電池電堆。“氫燃料電池系統對於氫車來說,就類似於發動機之於傳統燃油車,電堆就是系統的‘心臟’,約占電池系統成本的50%。”該公司行政運營總監陳婷介紹,去年12月,經中國汽車技術研究中心檢驗,這款電堆實現309千瓦的額定功率、340千瓦的峰值功率,突破了行業功率“天花板”。
車間內的氫燃料電池電堆,從外表看起來方方正正,其內部卻深藏玄機。類似三明治結構的單電池組成的燃料電池電堆,加上輔助配件,構成了複雜的氫燃料電池發電系統。在使用鋰電池的電動車中,動力系統依靠鋰電池提供電能,而氫車的燃料電池屬於發電裝置,在行駛過程中,通過氫、氧之間的電化學反應持續輸出電能,驅動車輛行駛。
江蘇耀揚首席科技官陳真博士介紹,300千瓦氫燃料電池電堆對標單堆重卡和礦卡的使用功率和空間需求。以往的燃料電池發動機企業受限於成本和科技,裝車的燃料電池重卡發動機額定功率大多在110—125千瓦,且為雙堆結構組成,而幹線物流行業對重卡發動機額定功率的需求不低於200千瓦。單堆300千瓦電堆可匹配240—260千瓦的發動機,不但滿足重卡、礦卡滿載的連續高速運行需求,也保證了最低氫耗。
大功率、高效能,是國內燃料電池電堆企業反覆運算陞級的方向,江蘇耀揚的發展歷程是這一趨勢的縮影。14年前,氫璞創能創始人歐陽洵放弃在美國氫燃料電池行業的工作,選擇回國投入正在蓬勃發展的新能源產業,從一家小型創業公司做起,組建研發團隊、尋找供應鏈。創業團隊在北京和揚州同步創業,致力於燃料電池的研發及產業化,並將產品開發及中試的重任落在了揚州。
現時,全球氫能產業在制氫上有兩類途徑,從煤炭、石油等化石燃料以及工業副產品中制氫,過程伴有碳排放,這被稱為“灰氫”;而以太陽能、風能等可再生能源進行電解水制氫,在制氫過程中不新增碳排放,則是“綠氫”。想將氫能作為减碳途徑,“綠氫”才是氫能利用的未來方向。江蘇耀揚選擇“押注”綠色清潔、難度高的水冷電堆研發,且同時兼顧水冷電堆的兩個資料體系:碳複合板資料體系和金屬板資料體系,成為國內少有的推進碳複合板電堆和金屬板電堆雙元產品的企業。最新一代金屬板電堆採用0.075毫米的超薄金屬材料,比A4紙薄了25%以上,體積功率比達到6.4kW/L,且對資料成型工藝要求非常高,這也是企業克服的科技難點之一。
在江蘇耀揚的展廳,記者看到了公司第一代電堆,該電堆發佈於2013年,當時由於缺少機器設備,完全由手工壓制,採用的是相對金屬價格較低廉的石墨資料,功率僅有5千瓦。但就算是這樣“粗糙”的設備,在當時也已是國內罕見。
“創業之初,公司產品用於通信基站備電,燃料電池的市場前景尚不明朗。公司創始團隊對行業趨勢和自身優勢做了預判,判斷在車用領域,燃料電池具備加氫時間短、續航裏程長、能源清潔等優勢,是燃料電池的機會所在,囙此將方向轉向車用燃料電池市場。”陳婷介紹。
經過10餘年開發與積累,公司在雙極板、膜電極及催化劑等關鍵資料開發方面取得突破。歷代具有核心技術自主知識產權的氫燃料電池產品,均出自廣陵經濟開發區。現時,團隊擁有授權專利97項,其中發明專利34項。從功率5千瓦,到10千瓦,再到30千瓦、75千瓦……一步一個腳印的發展過程,也讓電堆的應用場景從“固定式”備電領域延伸到“移動式”車載領域,叉車、物流車、公交車、49噸重卡,現時300千瓦的氫燃料電池電堆已經能滿足所有車載應用場景,將來應用將向船舶、機車、儲能方向拓展。
“產品開發首先需要滿足客戶的需求,不是盲目追求大功率,而是滿足特定的應用場景。”陳婷表示,現時公司結合實際應用場景開發了包括燃料電池叉車、物流車、公交車、環衛車、重卡及乘用車等多款車型,搭載公司產品的終端應用覆蓋國內廣大區域,燃料電池道路運營里程超2000萬公里。
當下,氫燃料電池發展的瓶頸還是在價格。想要規模化推廣、商業化發展,燃料電池及電堆產品降本尤為關鍵。2019年開始,江蘇耀揚在技術創新的支撐下,實現產品成本的顯著下降。到2023年,氫璞創能牌燃料電池電堆成本已達到1000至1200元/千瓦,系統售價已經實現2500至3000元/千瓦,引領了我國氫能行業降成本趨勢。
未來幾年,江蘇耀揚在車用市場的基礎上,計畫將氫燃料電池的應用場景推向更廣闊的天地。2023年,公司承擔了江蘇省碳達峰碳中和科技創新專項“船舶大功率高效高可靠燃料電池系統研發”項目,將填補國內外單堆大功率氫燃料電池系統的空白,促進兆瓦級燃料電池電堆技術研發,同時帶動氫能上下游產業發展。
“氫能產業的爆發期將在什麼時候到來?”面對這一問題,陳婷給出了這樣的回答,“爆發期到來,一是需要科技繼續往前跑,二是裝備成本要往下降,三是廉價氫源更豐富。樂觀估計,當燃料電池的成本比燃油發動機價格更低的時候,就是市場爆發的時刻。這離不開國家政策的大力支持和上下游產業鏈的成熟發展。”
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