1、豐田開發專利引行業內轟動
日本豐田汽車於2015年突然宣佈開放燃料電池技術專利的使用權,總計5680項。未來全球範圍內的汽車製造商及零部件供應商均可免費使用豐田的氫燃料電池技術。即2020年底前,將無償提供燃料電池組約1970件專利、高壓儲氫罐約290件專利、燃料電池控制系統約3350件專利。此外,為促進加氫站儘快普及,豐田將無限期無償提供製造、供給氫氣的加氫站相關約70件專利的使用權。
根據業界權威人士解讀,雖然豐田開放了自己積累了20多年的燃料電池專利,一方面說明豐田在技術上也遇到了瓶頸,希望藉助全世界研發的力量來共同突破,另外一方面,無償放開專利使用權意味著將在技術上掌控氫燃料電池汽車技術取向和路徑,作為引領者的豐田也必將是規則的主導者。無論誰使用,都不可能在氫燃料電池汽車技術方面超越有20幾年積累的豐田。
2014 年豐田推出 Mirai,可能是燃料電池行業的一個標誌性事件,從最終公佈 的性能來看,在經濟型,成本和安全性上,燃料電池初步具備了工業化的基礎條 件,而且在技術指標上可能全面超越內燃機。自此,燃料電池商用化的基礎初步 具備了。持續的 20 年的電池技術路線之爭,可能在未來 3-5 年出現重大變化。
豐田自 2014 年推出 Mirai,標誌著經過 10 多年的努力,燃料電池終於開始具備 商用的基礎,但從現在看仍然面臨著諸多技術障礙。
2、電堆性能達到商業化,鉑金瓶頸須突破
催化劑是燃料電池的關鍵材料之一,其作用促進氫、氧在電極上的氧化還原過程。目前最好的催化劑仍是Pt和Pt基催化劑。
陽極反應:陽極電催化劑表面的氫氣氧化反應(HOR),整體氧化反應可以表示為:
陰極反應:陰極電催化劑表面的氧還原反應(ORR),整體反應可表示為:
目前最好的催化劑仍是Pt和Pt基催化劑,根據DOE數據,2015年Pt含量達到0.16g/kw,質量比活性大於0.5A/mg。本田FCV燃料電池催化劑Pt含量降至0.12g/kw,豐田Mirai燃料電池催化劑Pt含量達到0.175g/kw。考慮到鉑金昂貴和稀有,降低Pt用量一直是催化劑研究主要方向。
3、催化劑海外企業領先,國內尚處於起步階段
在燃料電池催化劑領域, 海外企業處於領先地位,已經能夠實現批量化生產,而且性能穩定,其中英國 Johnson Matthey和日本田中(本田燃料電池車Clarity催化劑供應商)是全球鉑催化劑的巨頭。
目前,氣體擴散層面臨的主要挑戰除了大電流密度下水氣通暢傳質的技術難點外,還存在缺乏大量生產的問題,這使得其成本在燃料電池堆的總成本中仍佔相當一部分。DOE基於巴拉德(Ballard)動力系統公司生產的GDL進行成本估算,如大量生產(每年批量生產50萬個電堆),其價格可下降到4.45美元/m2
4、碳紙產品主要由幾大海外廠商壟斷
日本東麗(Toray)和德國SGL目前佔據較大的市場份額,且擁有的碳紙相關專利較多,生產的炭紙具有高導電性、高強度、高氣體通過率、表面平滑等優點。
5、車用金屬雙極板已經成為主流
金屬雙極板使PEMFC模塊的功率密度大幅提升,金屬雙極板已成為乘用車燃料電池的主流雙極板。具備該材料供應能力的企業主要有瑞典的Cellimpact、德國的Dana、德國Grabener、美國的treadstone 等。
石墨雙極板因為耐久性長,已經廣泛應用於商用車。石墨基雙極板的主流供應商有美國POCO、美國SHF、美國 Graftech、日本FujikuraRubber LTD、日本Kyushu Refractories、英國 Bac2等。
6、2020年或是燃料電池的真正元年
根據DOC預測,到2020年燃料電池的各個部分成本下降到一定範圍,具備廣泛商業化的階段。