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长城汽车氢能“长征”

2020-08-23 09:16:36来源:盖世汽车

即使道路艰难,未势能源、长城汽车都已经义无反顾得在氢能源的道路上不断前行。

在传统能源和纯电动相互渗透之时,氢能源似乎对于我们来说并不熟悉。

但是熟悉2份氢气和1份氧在催化剂下反应下释放热量并且生成2份水这个化学公式的人会理解为什么氢能源对于全球汽车产业来说才是最清洁的能源。氢燃料电池能够将燃料的电化学能转化成电能,类似于电池一样的电化学发电装置,因此反应过程既清洁,又高效。不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制,氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上使得氢能源在未来的应用潜力无限。

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为什么是未来?因为现在很难。在纯电动车型都还在挣扎想要从传统能源的市场中抢占一席之地之时,技术要求更加严格的氢能源还无法成为市场的主角,甚至连配角都算不上。

从短期来看,氢能源大规模在中国商用化的机会微乎其微,成本居高不下、安全性备受质疑,关键技术受制于海外,所以中国汽车企业极少会真正投入资金和人力、物力去为更加长远的未来考虑,但长城汽车是一个例外。

8月20日,长城氢能领域技术专家——长城汽车未势能源总裁陈雪松先生对长城汽车氢能源目前所收获的成果、未来布局一一做出了解答,而从陈雪松的答案中,看到的不仅仅是长城汽车在氢能源方面的发展方向,更是其决心和信心。

什么是未势能源?

在回答所有问题之前,先要知道什么是未势能源?

未势能源科技有限公司,简称“未势能源”,是长城控股集团于2019年4月出资4.5亿元注册成立,定位于一家专注氢能及燃料电池技术和产品研发的高科技企业。

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这是百度百科上对于未势能源的解释,其实长城汽车对于氢能源汽车的布局很久之前就已经开始。早在2016年长城汽车就在氢能源方面立项,不到半年的时间就迅速建立了国际化团队,有40多位外籍专家、近百人的研发团队,同时决定投入建立氢能研发中心。

归功于长城汽车想要打造独立的供应链系统的决心,长城控股集团旗下氢能板块业务为应对市场化运营而成立。继承了4年以来所有的研究成果,在短短的几年内已经产生了接近363项专利技术。未势能源已经成为了中国汽车行业中研究氢能源板块的中坚力量。

总部位于上海的未势能源布局全球将形成上海、保定、日本、德国四大研发中心。陈雪松想要做的是打造一支国际化的研发团队。

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目前未势能源研发的主要产品涵盖燃料电池发动机、燃料电池堆、35MPa/70MPa高压储氢系统、车载供氢系统、低成本加氢站集成化解决方案,通过核心材料、核心技术的研发与应用,致力于为不局限于长城汽车的客户提供低成本氢能及燃料电池技术整体解决方案。

未势能源投入超过12.3亿了,5.7亿投资的研发中心也成为了其重要资本,而在这一技术中心的支持之下投入目前未势能源已经拥有两款发动机能够达到国家标准。分别为专供商用车的97kW大功率发动机,以及65kW的发动机用于大巴车、物流车这两个方面的。

目前未势能源正在和不局限于长城汽车的整车厂合作,下半年会完成两款商用车的通告。特别注意的是目前有95kW和80kW两款乘用车发动机用于长城汽车未来氢能源乘用车,而燃料电池乘用车会在2021年进行小批量示范。

可以说目前未势能源已经在氢能源上开始了重资产的布局,也收获了很多的专利和实际的实验成果,但是氢能源作为一个目前还未普及以及完全竞争化的产业,未势能源在担心些什么?

突破“原理”

与其说担心,其实是未来需要面对的挑战。

截止到7月份,未势能源的总人数已经接近400人了,这里面专家的人数也是超过了50人。各个不同的领域有不同的专家,随着博士、硕士占比的逐年增加未势能源的研发能力也在不断增加。

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众所周知,氢加氧通过催化剂反应变成水和热,实际上是很简单的化学反应,在180年前就由William Grrove发明,但是为何180年后还没有大规模商业化?这是陈雪松提出的问题。

在解决这个问题时,没有从原理上进行突破,三相界面怎么样能够变成二项界面是解决问题的核心技术。就像真空二极管即使做的再精细,如果没有半导体的发明也做不到今天这种大规模的集成电路,这是一个原理性的对象。对于未势能源来说如何从原理上进行突破,要把三相变成两相的,变成气固体相反应,这样从根本上解决传质传热的问题。

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“行业的进步这么多年下来真正进步的是材料,比如说膜,原来接近100个微米那么厚,逐渐变薄到50微米、18微米,像丰田用的是10微米,后面还要做到5微米,膜不断在变薄,机械和化学稳定性也在逐渐变好,变薄以后导质子阻力也小。催化剂也是一样。”陈雪松

从铂金颗粒,到铂金载体,催化剂只是表面起作用,但是里面的铂金都没有用,基本都属于浪费。后来颗粒越来越小变成纳米级,目前行业上使用的都是3~5纳米的催化剂颗粒,但是内部材料还不参与反应,目前行业趋向于搞合金、核壳催化剂,壳上的铂原子起作用,核里面用其他的元素。但最终整个行业思考到现在趋向于不采用铂这个材料,但是目前研发已经超过20多年还依旧没有突破,性能达到稳定性不够。

所以对于未势能源来说,原理上的突破是长远的战略目标,而根据目前的市场来看,如何降低成本是短期最重要的一点,谁能够最快降低成本,谁就能够在这个还未完全竞争的市场成为主角,显然长城汽车想要成为这样的存在。

成本,成本还是成本

丰田曾经提出一个降本的路线,提出来要靠技术的进步占比75%,规模只能占25%,技术进步一方面意味着单位体积、重量材料产生的电力要多。作为目前世界上在乘用车方面氢燃料电池最成熟的企业,丰田也尽力过“惨痛”的降本“折磨”。

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据当时任丰田研发负责人的奥平总一郎提供的数据,2007年丰田每套燃料电池系统成本接近750,000欧元,2015年燃料电池车上市(即我们如今看到的Mirai),电池系统造价控制在500万日元以下,约合35,900欧元,或者相当于新燃料电池车整车成本(72,000欧元)的一半左右。早期氢燃料电池原型由于废品率高、产量小、耗费先进材料多等因素,单价超过100万美元,2015年则控制在51,000美元左右,降低了95%,或者缩减为2007年的二十分之一。

“我们认为中国现在如果是靠规模的话是能起到一定的降本作用,但是这还不够,还得必须要进行技术的创新才能够真正达到没有补贴后大规模商业化的成本目标,这个时间可能会很长,材料的研发一般都要5到10年,因为要从材料级别、零部件级别、系统级别、整车级别逐层进行验证。”陈雪峰将降本的关键放在了技术突破上。

工程可能是两三年的产品开发周期,长城也在做一些规模化的投入,自己有产线,会比供应商的成本低一些,至少是从成品率、效率这些方面有竞争力。分析下来单靠规模达不到商业化竞争的水平。对于中国汽车市场来看只有技术突破才能够真正降低成本,将中国的氢燃料电池市场做大做强。

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“我们战略规划根据DOE模型,结合中国市场做过预测。DOE的假设那些条件都成立,只要扩大规模,成本就可以下降大约是92%。我们根据中国的数据和政策、企业、技术进行预测,靠规模效应成本下降幅度可能会达到58%左右,剩下的还得是靠技术进步。”陈雪松的观点很实际也很坦诚。

虽然中国的巨大市场潜力能够帮助未势能源,帮助长城汽车大大降低边际成本,但是作为一个技术壁垒很强的氢燃料电池市场,没有人能够仅仅依靠市场就能够达到头部企业,未势能源很清楚这一点,长城汽车也是。

对于他们来说找到努力的方向是第一步,为止奋斗则是所有长城氢能源人的第二步,从现在来看已经获得阶段性成功的未势能源已经在中国成为了不可忽视的力量了。