2019年7月1-3日,由中国科学技术协会和海南省人民政府共同举办的“2019世界新能源汽车大会(WNEVC)”在海南博鳌召开,来自10多个国家和地区的政府部门及国际组织机构,100多家新能源整车及相关企业代表以及国内外各界嘉宾共1500余人齐聚博鳌,共襄盛会,围绕“新时代 新变革 新产业”的主题,交流思想、分享经验、凝聚共识、推动合作。电车资源作为本次大会的支持媒体,对大会进行专题报道。

在7月3日的“氢能及燃料电池技术创新”主题峰会上,戈尔(深圳)有限公司亚太区市场战略官陈恩泽发表了题为“从‘心’出发,戈尔‘膜法’助力全球燃料电池汽车迈向产业化”的主题演讲。

戈尔(深圳)有限公司亚太区市场战略官陈恩泽

以下为演讲的主要内容:

各位嘉宾、女士们、先生们,大家上午好。

在昨天大会上戈尔非常荣幸获得创新技术大奖,8个获奖名单戈尔是唯一一家材料级别供应商,我们倍感荣幸,感谢大会的肯定。首先感谢戈尔的同事和伙伴在过去几十年不懈努力、精益求精,不断开发验证迭代我们的产品和技术,最终助力全球燃料电池产业化。

首先简单介绍一下戈尔公司,戈尔公司是1958年由戈尔夫妇在美国创立,迄今为止61年时间,我们是全球性公司,有1万名同事在全国各地,销售额一年37亿美金,这是我们私有制企业,使我们可以关注中长期开发,无需顾及股东、资本回报,让我们专注技术本身。因为独特企业文化,连续数十年获得全球百家工作场所称号,正是基于独特基因,整个公司所有同事伙伴都把技术、产品放在第一位,不求最大,只求最好。同时坚持适用性原则,让产品和技术都尽可能最大限度满足客户独特的应用场景和应用需求,我们都说,最好的不一定是最适合的,最适合的不一定是最好的。戈尔的目标是让最好的技术同时成为最适合你的技术。虽然我们是一家中小型跨国公司,但是我们是全球领先技术创新企业。

今天我们的故事是从两个基本元素开始,1919年是国际元素周期表年,在元素周期表1和9正好是氢和氟元素,氢是大会主题,也是燃料电池能量源泉,氟元素是燃料电池非常独特但又关键的元素,戈尔的专长正好就是含氟聚合物,我们用特殊材料可以产生不同的形态,包括卷材、薄膜、片材、管材、线材,同时我们有不同的复合方式、改性方式,有复合、填充、涂层各种技术,使我们产品性能和结构可以满足多种多样的应用场景,包括汽车行业在内的工业品以及户外用品非常有名的面料,以及可以植入人体的医疗器材,比如人工血管、心脏和主动脉支架。戈尔产品不但可以进入人类心脏,也可以作为燃料电池心脏。今天谈了很多燃料电池的话题,我们都知道,质子交换膜燃料电池技术是燃料电池技术的主流,相对其他燃料电池技术,质子交换膜技术可以体积更小、重量更轻,功率密度更高,在低温和多次启动快速响应,非常适合车用。既然名字叫质子交换膜燃料电池技术,质子交换膜对燃料电池电堆性能和耐久性起到了关键作用。我们看一下车用燃料电池质子交换膜都有什么样的要求。毫无疑问,要想让燃料电池技术新兴战略技术能够走到千家万户,能够得到实际应用,必然性能和耐久性、综合拥有成本能够和传统燃油车或者其他新能源汽车做比拼,所以我们的研发方向、产品迭代方向始终是朝着更耐久、综合成本更低的方向发展,我们这里的综合成本讲的是每千瓦电堆薄膜成本。我们采用的是什么技术,或者戈尔的膜法到底在哪里,就是利用EPTFE增强的超薄质子交换膜,亮点正好是名字的两个关键词,增强和超薄,我们用的是EPTFE结构,有超薄的设计,通常质子交换膜在十几微米厚度,领先的产品规格可以到10微米以下,有优异质子和水气传导功能,对功率提升有非常好的帮助,有独特增强技术和化学添加剂技术,有更好机械和化学耐久性,有利于电堆设计的灵活度。这里要强调一点,不是所有质子交换膜都适合燃料电池车用,只有超薄增强膜才真正满足车用要求。

超薄膜可以有效提升能量密度,这是典型极化曲线,超薄膜在相对干燥环境下,性能表现是要优于厚的膜,特别是在低湿环境下以及需要大功率负载情况下,超薄膜的优势还是比较明显的。另外值得一提的超薄膜可以有效降低系统复杂度,降低系统综合成本,我们引用丰田的案例,丰田电堆由于采用了超薄增强膜的技术,可以产生更高的功率密度,从而有效缩减整堆尺寸,达到同样功率情况下,可以用更少的单片实现较大的功率输出,从而减少体积和重量,同时因为我们的膜超薄所带来更好的水气扩散和自适应效应取消增湿器,基于这样体积缩小15L,重量降低13公斤。由于超薄膜特点有利于阴阳极活化,降低气体扩散层负担,有效提升电化学性能。采用超薄膜,比老一代产品提升1.4倍。丰田燃料电池电堆系统也同样获得了本届大会的创新技术大奖,大家可以在汇编技术手册做详细阅读。

现在问题来了,采用了超薄质子交换膜,性能是提升了,综合成本也可以得到降低,那么耐久性怎么样?常识性认为薄肯定容易坏,耐久性不好,事实上不一定如此,EPTFE的技术,我们打破性能和耐久性的权衡,老的产品必须在性能和耐久性权衡,老一代产品性能好往往耐久性就要差,要实现高耐久性,性能就相对较差,所以我们不断迭代增强技术,可以看到右边的电镜照片,是一些很独特EPTFE微观结构,通过独特结构,可以打破这样的权衡,使得我们的薄膜既可以有高性能,同时耐久性也得到提升。另外,独特的技术是化学添加剂技术,我们都知道在电化学反应的时候可能产生很多自由极,对膜和膜电极进行攻击,导致膜电极恶化。我们采用独特添加剂技术,生产的涂覆工艺使对自由极触灭。

戈尔的质子交换膜被广泛车企采用,并获得实车验证,上汽FCV系列,丰田、本田均采用戈尔超薄增强膜。我们供应了目前绝大部分燃料电池正在量产和正在开发项目,每年有几十万平米出货量,还在快速增加。唯有经过实车验证方能可靠应用,我们的产品不仅仅是在实验室阶段证明了我们的性能和表现,而经过量产车型长时间实车验证,证明我们的膜真正可以装在实车上面,并且可以跑得很好。作为超薄增强膜的开创者或者行业领导者,我们还在开发更新一代质子交换膜的技术,我们采用了更新的EPTFE技术,有效提升性能还能控制成本,优化生产工艺,更加适合量产化需求。同时我们独特的结构更加有利于膜的催化剂之间的结合,有助于生产优质的膜电极。因为现在是超薄7.5微米的膜,在阻抗方面达到了和普通2.5微米膜水平,阻抗非常小,这样可以有力提升功率密度,同时7.5微米的膜机械耐久性和传统15微米的膜相当,这是非常了不起的成就。

回到市场,众所周知,全球燃料电池汽车发展经过很多年不温不火的发展,甚至饱受质疑发展之后,最近一些进入了快车道,各国政府包括中国政府出台各种政策支持产业发展,同时各大车企日韩、欧美车企包括中国众多车企也有非常多的发车计划,预测在2025年,全球质子交换膜的需求将达到400万平米,中国市场将占180万平米,燃料电池汽车产业化对于关键零部件的要求也发生了变化,我们说在过去示范区运行阶段,我们对零部件要求就是性能和耐久性,车辆能跑起来,跑得久就OK了,但是到量产化和商业化阶段,除了性能和耐久性,还要跑得经济,综合成本、质量可靠性和技术服务就成为产品性能之外的要求。我们认为,在产品性能之外,量产能力和成本目标会是产品之外影响燃料电池汽车产业化关键的因素。

由于时间关系我不详细讲我们如何做到质量管控、量产能力的实现。这里简单提两点亮点,今年在日本的冈山投产全球首条大规模质子交换膜生产线,百万平米级,严格按照整车企业设定要求实现的新一代生产工艺和成熟供应链体系,最后也是最关键的,就是戈尔的理念通过技术实现综合成本的最低,一方面通过超薄增强膜,提升功率密度,实现性能的最优,同时通过增强结构和耐久性的添加剂技术,使我们的运行时间更长,同时有我们更好的扩散性能可以减低系统复杂程度和通过超薄膜设计降低原材料使用,从而使下面公式每千瓦时综合成本做到最优。采用了EPTFE超薄增强质子膜无论从技术还是综合成本角度均可以满足全球燃料电池产业化需求。戈尔致力于加大对战略市场的投入和关注,我认为燃料电池市场重心会在亚洲,戈尔全球业务总部研发中心和生产总部都位于日本,我们会加强对亚太市场和中国市场的投入力度,希望和各位同仁携起手来,共迎美好生活。

谢谢。

注:本文主要内容为现场速记,未经演讲者本人审核,请勿转载。