2022年11月15日－11月17日，佛山市召开第六届氢能大会。
本届大会以“零碳中国，氢能未来”为主题，顶着疫情的压力，吸引了上百家氢能及燃料电池企业参展，说明了氢能及燃料电池行业蓬勃发展的喜人态势，但也能看出燃料电池产业尚未完全进入高潮，各公司迫切展示自身以找到目标客户维持自身存活发展的强烈愿望。
总体来说，氢能被国家赋予能源属性后，朝阳行业态势日益凸显，开始展现出政府期待的局面，并越来越获得社会资本的重视。在笔者参与的技术论坛上，每位分享人一下场便立马被各路投资团队团团围住询问相关问题并添加微信，寻找进场机会。
本人是一名燃料电池行业研发工程师，在参加展会的这几天里，几乎逛遍了所有展台并同相关技术进行了探讨交流，基于技术角度梳理分析了佛山氢能展燃料电池企业展品及其前景，希望这篇文章能够将佛山氢能展上的燃料电池参展企业串起来，给大家提供一个整体和全局的视角审视佛山燃料电池的参展企业，从而形成自身对相关企业的认识和定位，为投资打下基础。
此次参加氢能展会的燃料电池企业非常多，现将其分为两类，一类是氢能及燃料电池行业基础服务类，这类公司的特点是其产品比较成熟，在氢能与燃料电池行业的只是其业务板块的拓展且拓展难度小，这包括：1）传感器；2）流体减压及各类阀件；3）流体流量测量；4）流体杂质去除与纯化；5）散热水泵、散热液、散热风扇和散热器；6）生产产线搭建，如激光焊接、压堆机及电堆装配生产线等；7）密封胶和硅胶气管等；8）传统测试设备和电气设备，如直流电源、电子负载、高频阻抗仪及DC／DC等。
另一类是与燃料电池行业高度相关的公司，其业务基本只与燃料电池相关，存在技术攻关难度，是燃料电池的关键零部件，每种零部件的研发进度显著影响燃料电池在实际运用时的好坏程度，具有很宽的技术护城河且行业龙头未定，具有很高的投资价值，值得重点关注。分述如下。
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氢气供给系统
作为受到国家补贴的八大零部件之一，该系统的发展趋势是去除氢气循环泵以节约系统成本并降低设备复杂度。引射器发展的瓶颈问题在于低功率（小流量）工况下引射器不能工作，其技术路线是在一个引射器内放置多条引射回路以增加引射器的功率覆盖范围。此外，佳安氢源公司展览的氢气消纳器的展览让我眼前一亮，该部件着重解决燃料电池在密闭环境下长期使用导致的安全性问题，武汉理工大学的教授也基于此想法申请过科技部项目解决氢氧燃料电池在潜艇中运用的安全性问题。
图1 氢气供给系统
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空气供给系统
空气供给系统中技术含量最高的便是空气压缩机，作为燃料电池的“肺”，也是受到国家补贴的八大零部件之一，具有非常高的技术壁垒。随着质子交换膜逐渐变薄以及运行和控制策略优化，空气供给系统的发展趋势是加湿器将逐渐被淘汰以降低成本和系统复杂度。
图2 空气供给系统
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膜电极
膜电极性能的好坏很大程度上决定了燃料电池性能的好坏，被誉为燃料电池的“心脏”，也是能够拿到国家补贴的八大零部件之一。
膜电极内包含质子交换膜、催化层和扩散层（碳纸），也是能够拿到国家补贴的三大零部件，都具有非常高的技术含量。其中，膜电极的技术难点在于：1）如何使催化层均匀涂覆于质子交换膜表面；2）如何保持扩散层和催化层的良好接触；3）如何加快反应物质的传输速率并增大生成水的排除速率。
目前国内已经建成投产的均为膜电极的第二代生产技术，即卷对卷生产工艺（CCM），最先进的第三代膜电极技术为有序膜电极技术，这能极大地加快反应物质的传输速率并减小铂载量，目前正在研发阶段。
质子交换膜的技术难点在于：1）如何增加质子交换膜的温度耐受能力，避免质子交换膜在高温下的“脆化”现象，从而增加电堆系统工作温度，这有利于电堆的水热管理；2）如何在保证机械强度的条件下减薄质子交换膜厚度。这有利于减少电堆的内阻和电堆的水管理。质子交换膜的研发技术难度大，目前国内运用较多的仍为美国杜邦的Nafion膜，不过东岳和仙湖实验室也正迎头赶上，有成为该领域龙头的趋势。
催化剂的技术发展目标为：1）如何提高催化剂寿命；2）如何提高催化剂活性，减低活化阻抗；3）如何加强传质，减少浓差极化阻抗；4）如何降低铂载量，减少生产成本。
目前燃料电池的很多寿命数据都是基于催化剂在旋转圆盘电机上进行循环电势扫描得到的，但根据笔者的工程实际经验来看，这个数据与膜电极在整车工况使用下的实际寿命影响不大。
碳纸的主要生产材料是碳纤维，这部分技术我国还有待进步。
武汉理工一直是国内燃料电池研发的领头羊之一，之前制作的膜电极也多次出口国外，获得了上亿元的成交额，目前基于武汉理工成立的仙湖实验室，能够将功率密度做到2W／cm－2以上，可以算是国内头部企业之一了。此外，从丰田承担过第二代Mirai研发的李桦博士指出，当额定功率密度达到2．4W／cm－2＠0．6V，此时燃料电池的成本便能够逼近内燃机。
图3 仙湖实验室膜电极性能分析
图4 膜电极性能发展目标
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双极板
总体来说，双极板目前仍然是碳板和金属板共同发展的趋势，都有企业进行参展。碳板因为气体流道和冷却流道可以独自加工，在设计难度上低于金属板，并且碳复合材料本身具有良好的抗腐蚀能力，具有良好的寿命特性。因此，碳板的入门难度较低。
而金属板由于阴阳极双板冲压后配合形成冷却水流道，形成两板三腔结构，设计难度高于碳板，并且金属板的抗腐蚀能力弱，需要涂层包覆以提升其寿命，这存在技术瓶颈。此外，金属板的加工冲压也需要金属板的良好设计以避免金属板破裂或产生砂眼。最后，金属板对冲压模具的加工精度要求极高，因为其允许的最大加工误差不超过2个丝。因此，金属板的入门难度高于碳板。
但是从发展前景来看，金属板能比石墨板做得更薄，能够具有更高的功率密度，当量上来后，金属板的加工速度和加工成本都要优于石墨板，因此金属板的发展前景要好于石墨板并具有很宽的技术护城河。
碳板加工企业目前比较有名的是嘉裕碳素、华熔科技和上海弘丰等。他们都能完成碳板材料的制备以及碳板的精细加工。金属板加工企业目前比较有名的只有上海治臻，具有金属双极板精细加工和涂层制造的能力，具有成为该行业龙头的趋势。
不过也应该指出，格力电器拥有强大的装备制造能力，基于广东省燃料电池城市群建设，从珠海市政府拿到了上千万元的燃料电池双极板加工研发项目，不过格力电器是否能够乘此东风形成技术竞争力，还得进一步看研发成果。但是应该注意的是，即使格力电器能够完成双极板的高精度加工制造，双极板的抗腐蚀涂层也是一个需要攻克的关键技术点。
如上所述，金属双极板的技术护城河在于两点：1）高精度双极板的加工制造；2）涂层制造。这两者可以分开来做，笔者在展会看到2个金属板加工企业和1个金属板涂层制造企业，这充分说明了上海治臻的技术优势。
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电堆
目前国内生产电堆的产商很多，如捷氢、氢晨、清能股份、国鸿氢能、未势能源等，作为受到国家补贴的八大零部件之一，它的主要技术难点在于：1）多片堆叠后的气体分布一致性；2）多片堆叠后的装配误差控制；3）电堆密封实现；4）电堆合适压堆力的探究等。
由于国家政策的驱动，目前电堆功率朝着越来越大的方向发展，基本每家电堆公司都推出了200kW以上的电堆，其中氢晨这次展出的电堆功率最大，为300kW。
清能股份系统开发总监任正新指出，目前49T牵引重卡最大需求功率约在150－160kW，故而将电堆额定功率做在300kW左右是合适的，接下来电堆发展需要考虑的是降成本和产品可靠性的问题。
关于电堆装配问题，目前存在两种装配方案，一种是双极板－膜电极－双极板的传统组装方式，另一种是基于单电池的新型组装方式。曾在Mirai参与研发工作的李桦博士表示他更看好单电池的新型组装方式，这能让电堆的压堆力变小，减小膜电极的形变，还能使电堆维修更加方便。
笔者认同李桦博士的观点，因为在笔者的实际装堆经验中，传统组装方式在更换破损膜电极时会影响其余膜电极，不确定性非常大。目前，Mirai使用了该种装配技术，而国内宣称使用这种技术的仅有雄韬股份一家公司。
此外，除了水冷电堆外，也有多家公司展示了空冷电堆，如氢机智创、冰城氢能等，业内最有名的便是上海攀业。在笔者看来，空冷燃料电池结构较为简单，技术护城河不宽，且发展潜力较弱。不过，值得注意的是，在氢能日益受到重视并被国家开设专业进行人才培养时，与氢能有关的教具可能存在一定的市场。
图5 合之源氢能
仙湖实验室展览的氢能教具
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系统
完成这一步，燃料电池便能真正上车运行了。
作为燃料电池行业的集大成者，只要公司提供的系统在车上运行满足国家提出的条件后便能拿到补贴的大头，应该是车用燃料电池技术难度最高、技术护城河最宽的部分，代表企业亿华通已在国内科创板上市。
但是为了做好系统，笔者认为系统公司应该拥有自己的电堆生产线，因为不同的电堆运行特性不相同，相应的系统构造和控制策略也应该据此优化，甚至一个值得投资的系统产商应该有自己的膜电极生产线和双极板设计部门，因为这些都会对系统设计产生影响。
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燃料电池设计验证辅助设备
燃料电池系统开发后需要进行测试，也有很多测试产商参与展览，如康明斯、科威尔、群翌能源等，其中，群翌能源因为先发优势和优异的检测精度在国内的市场份额占比较大，最近新提出的能检测单片气体泄露率的电堆配套检测功能让我眼前一亮，但是总体来说，测试产商的技术难度不大，护城河不宽。
此外，群翌能源和景源能源提供的电流密度分布测试板也让我感慨燃料电池行业技术的蓬勃发展，该技术可以用来测试燃料电池内部的电流密度分布，进而可以用来分析燃料电池双极板流场设计的好坏，促进双极板设计的正向发展。经过了解，景源能源一块测试板的报价在20万元以上，但成本应该不高，技术附加值极高。
图6 群翌提供的局部电流测试板
图7 景源氢能提供的电流密度分布测试板
这里谈谈熠动数字科技展览的数字孪生实验台，该平台由于提供了模拟驾驶室，吸引了广大参展人员的参与，提升了知名度。
经过和研发人员的沟通，该数字孪生实验平台基于机器学习等人工智能算法，通过数据输入－模型调整－指导实验－数据输入－模型调整－指导实验的循环，避免了单靠实验进行产品开发的长开发周期和高实验研发成本，实现了产品高效快速的更新迭代。这种产品具有一定的价值，适用于不能加派人手进行相关研发的公司，但是一般的系统产商都会进行设立相关部门开展工作，如同CFD团队之于电堆公司一般。
此外，从事相似业务的还有氢探科技有限公司，该公司主要提供燃料电池控制服务；瑞驱科技有限公司，该公司主要提供空压机控制服务；这些公司的主营业务受其服务公司的战略思想定位，是否能够存活需要市场的检验。
图8 数字孪生系统实验台
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新能源汽车数据监测平台构建
最后谈谈新能源车数据监测平台构建与进行数据采集与发送服务的企业。
国家规定，所有新能源车必须将数据进行监测并上传至新能源车国家监管平台以此作为评选奖励的依据。除此之外，公司也有需求对装载本公司电堆系统的新能源车进行数据监测以进行故障预测、危险警告、后勤保障以及进一步技术研发等工作。此类公司提供的服务与上述公司提供的软硬件服务（如氢探科技提供的电堆系统控制）的区别在于此类公司的服务独立于服务公司的主营业务。此类公司的营收将随燃料电池系统装机量的提升而显著提升，具有市场前景，但是此类公司的技术护城河也不宽。
此外，北京理工新源科技信息有限公司总经理龙超华提供了济南市的一个非常值得借鉴的案例：济南市政府基于新能车上传数据确定新能源使用者所减少的碳减排量并下发积分，实现终端用户碳减排奖励，将碳减排的福利放送给消费者，这极大地促进了消费者购买新能源车的意愿。
图9 新能源车数据监控平台
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结语
燃料电池电堆系统与其零部件进步速度非常快，从2018年的30kW到2021年的150kW到今年的250kW甚至300kW，燃料电池技术发展趋势与政府期待的场景一致：注重高功率燃料电池系统的发展，弥补锂电池应用场景的不足，推广燃料电池在中远途、中重型商用车领域的产业化运用。除此之外，电堆的功率密度也从零点几瓦每平方厘米到一点几瓦每平方厘米再到目标的二点几瓦每平方厘米，这不仅极大地降低了电堆的制造成本，还降低了燃料电池的使用成本，当达到目标功率密度时，燃料电池的成本便能够媲美内燃机，展现出令人期待的前景。
尽管燃料电池汽车城市群第一年的示范目标没有完成，但随着疫情的好转和燃料电池技术的显著进步，燃料电池汽车示范城市群任务应该能够圆满完成。到那时，燃料电池商业化拐点将真正出现，并带动氢能一起腾飞。
注：本文为一位氢能行业研发工程师撰文，文中观点不代表本平台意见。
