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戈爾持續(xù)開發(fā)新產(chǎn)品,助力燃料電池商用車推廣

   2024-05-08 5e

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核心提示:東風特種汽車中標500臺!氫動力科技招標600臺!燃料電池重卡大訂單在一周內(nèi)接連出現(xiàn),隨著燃料電池重卡在特定運營場景下經(jīng)濟性顯

東風特種汽車中標500臺!氫動力科技招標600臺!燃料電池重卡大訂單在一周內(nèi)接連出現(xiàn),隨著燃料電池重卡在特定運營場景下經(jīng)濟性顯現(xiàn),車輛商業(yè)化推廣進程進一步加快。開年來燃料電池重卡累計招標量已超3000輛,第一季度燃料電池重卡銷量359輛,占燃料電池重卡總銷量的43.7%,同比增速達81.3%。

“氫”風已來,乘勢而起。借勢上游綠氫行業(yè)和政策之風,中國燃料電池汽車行業(yè)乘勢而起,一舉成為全球最大市場。近兩年美國、日本等主要國家的燃料電池汽車銷量復合增長率逐年下滑,相反,中國市場復合增長率達102%。截至2023年底,中國燃料電池汽車銷量在全球市場中位列第一,保有量全球第二。中國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從技術(shù)、產(chǎn)品過渡到商業(yè)模式階段,迎來產(chǎn)業(yè)化拐點。而如何在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的下半程中持續(xù)領(lǐng)跑成為中國市場環(huán)境下的重要話題。 

車輛全生命周期成本優(yōu)化是燃料電池汽車行業(yè)進入發(fā)展加速期的前提。戈爾,美國材料科學公司,以燃料電池汽車中的關(guān)鍵零部件——質(zhì)子交換膜(PEM)作為切入點,從燃料成本、車輛維護成本、購置成本三方面降低車輛全生命周期成本。

在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域,由于制造工藝復雜、技術(shù)門檻較高,來自戈爾等少數(shù)廠家的質(zhì)子交換膜產(chǎn)品在國內(nèi)廠商中仍屬于主導地位。截至目前,戈爾已制造數(shù)百萬平方米的PEM,被用于燃料電池汽車超60,000輛,在燃料電池領(lǐng)域占據(jù)全球90%的市場份額。高滲透率的市場份額也讓戈爾擁有更強的經(jīng)驗累積和技術(shù)積淀,幫助OEM以更聚焦的方式解決TCO等問題。

戈爾在降低燃料電池商用車TCO成本方面,優(yōu)先關(guān)注燃料成本,其次是車輛維護成本和購置成本。據(jù)估算,在“五大燃料電池汽車示范城市群補貼”的政策加持下燃料成本約占整體TCO的30-40%。在其他未被補貼覆蓋的城市中,占比甚至將高達50%。所以如何提高燃料效率是對未來實現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化的關(guān)鍵。更具挑戰(zhàn)性的是,在實際商業(yè)場景中燃料效率還僅僅是天平的一端,天平的另一端還必須平衡膜厚度、膜耐久性等等實際需求。戈爾獨特的質(zhì)子交換膜設(shè)計技術(shù)可以使更薄的質(zhì)子交換膜大大提高燃料電池效率,同時大幅度提升電堆的使用壽命。以GORE-SELECT®15微米膜為例,相較于競品,戈爾的質(zhì)子交換膜厚度減少40%,雖然氣體滲透性有所增加,但是質(zhì)子電阻大大降低(>50%),也就意味著更高的燃料效率, 同時壽命也得到巨大提升(耐久性數(shù)據(jù)提升超過10倍)。戈爾可以針對不同客戶的需求,在不同的產(chǎn)品特性之間做出最優(yōu)權(quán)衡,幫助客戶實現(xiàn)TCO優(yōu)化。

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 其次是維護成本,維護成本在未來可能高于購置成本。戈爾認為,無論是從商用車使用周期、使用頻率、還是使用需求(如持續(xù)高功率運行導致的高工作溫度)考慮,商用車的維修成本將明顯高于輕型車輛。并最終超越其本身的購置成本。基于大量實際經(jīng)驗和行業(yè)深耕,戈爾對于燃料電池運行過程中可能發(fā)生的失效模式等多種問題有著獨到的見解,目前已形成多套成熟高效的失效模式分析方式如計時安培分析法(CA)、循環(huán)伏安法(CV)、電化學阻抗譜(EIS)等,幫助客戶實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計,降低其后續(xù)的維護成本。

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戈爾布局燃料電池高溫電堆 助力燃料電池商用車推廣

隨著燃料電池汽車的進一步推廣,特別是燃料電池重卡市場的增長需求,燃料電池系統(tǒng)更高功率運行帶來的散熱問題成為行業(yè)痛點,急需開發(fā)出適用于高溫運行的燃料電池電堆。對于核心零部件之一的質(zhì)子交換膜,客戶也提出了相應(yīng)的耐高溫要求。目前市場上尚未有實現(xiàn)商業(yè)化運行的燃料電池高溫電堆,很多公司多處于研發(fā)階段。戈爾一直關(guān)注市場需求和客戶痛點,致力于創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā),適用于高溫電堆的戈爾PEM已經(jīng)處于研發(fā)驗證階段。戈爾認為,目前高溫電堆的開發(fā)瓶頸并不在于質(zhì)子交換膜,關(guān)注其他BOP零部件包括密封件等材料的開發(fā)驗證也十分重要。根據(jù)個別客戶的反饋,戈爾現(xiàn)有主流產(chǎn)品也可以滿足短時間高溫(~100℃)運行。高溫電堆的開發(fā)和推廣應(yīng)用,需要產(chǎn)業(yè)鏈的伙伴一起合作,加快材料的測試驗證,并通過系統(tǒng)裝車實際運行來驗證高溫電堆的商業(yè)化可行性。

未來專注燃料電池和水電解等多領(lǐng)域應(yīng)用

在過去幾年里,燃料電池技術(shù)已經(jīng)得到巨大的發(fā)展和推廣,特別是在重型商用車領(lǐng)域優(yōu)勢明顯,基于香橙會研究院調(diào)研數(shù)據(jù)測算,目前燃料電池重卡在擁有廉價豐富氫源和大量貨物運輸需求的鋼鐵、焦化等特定場景下,即便沒有政府補貼,也可以在全生命周期獲得盈利。相關(guān)行業(yè)人士預測,到2027年燃料電池汽車TCO成本將與燃油車持平。

2023年氫能重卡占燃料電池汽車的比重高達63%,燃料電池重卡成為氫能交通領(lǐng)域應(yīng)用的重要突破口。戈爾在未來也將持續(xù)重點關(guān)注重型商用車領(lǐng)域的發(fā)展,助力客戶實現(xiàn)更好的商業(yè)化推廣。同時,隨著整個氫能生態(tài)鏈的完善,戈爾也會逐步拓展到更多的應(yīng)用領(lǐng)域,比如固定式發(fā)電應(yīng)用,電解水制氫領(lǐng)域等。2023年3月,戈爾與松下合作開發(fā)使用純氫燃料電池發(fā)電機發(fā)電的RE100解決方案,松下已開發(fā)出純氫燃料電池系統(tǒng),其中GORE-SELECT®PEM是電堆核心所在,并安裝在松下H2 KIBOU FIELD設(shè)施中,該設(shè)施是全球首個以在示范工廠所消耗的全部電力100%來自可再生能源的設(shè)施。

隨著上游綠氫項目的爆發(fā),電解水制氫用的PEM需求增長迅猛。戈爾也根據(jù)市場需求于2023年正式推出了行業(yè)最薄的80微米電解水制氫用的質(zhì)子交換膜,目前已經(jīng)得到很多頭部客戶良好的反饋。



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