唐鋒能源：氫能技術“破圈”

文/俞靈琦

氫能作為可再生、零排放且能量密度高的一種潔凈能源，其開發和利用已成為新一輪世界能源技術革命的重要方向。

氫，是在我們身邊常見的化學元素。

在中學，我們便學過電解水產生氫氣和氧氣，我們對于氫并不陌生。

步入新世紀，綠色能源受到越來越多的重視。氫能被視為21世紀最具有發展潛力的清潔能源之一，人類對氫能應用在200年前就產生了興趣，20世紀70年代以來，世界上許多國家和地區就廣泛開展了氫能研究。其中，燃料電池技術是氫能利用的最佳手段，被列為“12種改變未來的顛覆性技術”之一。氫燃料電池在各個國家的應用正在提速。

據《中國加氫站建設與運營行業發展白皮書（2021年）》數據顯示，截至2020年底，全球運營中的加氫站共有578座，比2019年新增加115座，為近年來增長最快。其中歐洲共有200座加氫站，100座在德國；北美共75座加氫站，49座位于美國加州；亞洲共有275座加氫站，其中142座在日本，60座在韓國，而中國已投入運營的有101座，主要服務于公共汽車、物流車和卡車等。這表明燃料電池已從實驗室真正走向產業化，與鋰電池相比，它更具有零污染優勢。

為了實現碳達峰、碳中和，氫能的技術突破和產業化應用是重要抓手之一。響應國家綠色能源戰略的號召，上海唐鋒能源科技有限公司（下文簡稱“唐鋒能源”）致力于氫能燃料電池“心臟”膜電極的研發和批量化制造，以科技創新引領燃料電池產業發展。作為國內低鉑合金膜電極供應商，唐鋒能源2020年制造銷售車用燃料電池膜電極近30萬片，為國內主流燃料電池電堆及主機廠提供國際一流的膜電極產品。

那么，這家僅僅在2017年成立的創業企業，究竟是如何在短短的時間內就做到這些成績的呢？

技術創新和成本下降是“破圈”關鍵

何為氫燃料電池？

傳統干電池、蓄電池是一種儲能裝置，是把電能貯存起來，需要時再釋放出來；而氫燃料電池嚴格地說是一種發電裝置，像發電廠一樣，是把化學能直接轉化為電能的電化學發電裝置。

從中央五部委發布《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》到2020年氫燃料電池汽車技術的規模化示范運行0.5萬輛，氫燃料電池產業正陸續向著成熟化和規模化邁進。

在快速發展的道路上，氫燃料電池產業也遭遇“痛點”，唐鋒能源創始人章俊良表示，一方面，燃料電池技術有待成熟；另一方面，原材料價格和使用成本過高，產業的上下游環節需要進一步加快發展。

“高鉑載量、高成本膜電極成為燃料電池汽車大規模推廣的關鍵技術瓶頸。”章俊良說。

眼下，鉑是最優的氫燃料電池催化劑，可以說鉑在氫燃料電池催化劑中的地位中短期內不可替代。然而鉑為稀有金屬，全球的總儲量只有幾萬噸，這也導致鉑的價格居高不下。

據2021年莊信萬豐鉑族金屬市場報告顯示，由于中國對重型柴油車排放法規趨嚴，汽油車尾氣催化劑中鉑用量增加，汽車尾氣催化劑行業的鉑需求將有所上升；同時，工業新增產能將繼續增加對鉑的需求，尤其是玻璃制造行業，鉑需求量將達到創紀錄水平，電子行業的鉑需求也將出現兩位數的增長。

既然“替換原材料”這條道路走不通，章俊良便將技術創新的重點聚焦到“如何將原材料的用量減少”，即“低鉑”。

“傳統技術上，如果減少鉑的使用量，那么會讓燃料電池出現低功率密度、運行壽命減短等諸多問題，對此，我們經歷近十年開發，完成了燃料電池低鉑合金膜電極微觀傳質、電荷傳遞、材料衰減等方面的理論突破，解決一系列‘卡脖子’的技術問題，完成了高性能低鉑膜電極的研發。”

在技術創新上，唐鋒低鉑膜電極產品解決了低鉑化與高功率密度之間的矛盾，使功率密度達到1.5W/cm2，進而節省電堆體積和重量；另一方面，也解決了低鉑化與長壽命之間的矛盾，已通過10000h壽命驗證，從而滿足車規標準；此外，還解決了低鉑化與寬工況之間的矛盾，已通過車規級工況的驗證。

“我們擁有100%自主知識產權，下一步我們將探索把鉑的用量降低到極致，進而解決燃料電池技術大規模推廣應用的難題，助力國家能源安全戰略。”章俊良說。

瞄準“高精尖”，引領國際

在章俊良的眼中，大幅提升可再生能源在能源消費總量中的比例已成為世界各國的共識。氫能作為可再生、零排放且能量密度高的一種潔凈能源，其開發和利用已成為新一輪世界能源技術革命的重要方向，可以解決傳統能源目前遇到的各類問題。這也是章俊良創業的初衷。

章俊良在美國Brookhaven國家實驗室和美國通用汽車公司積累了十余年低溫燃料電池基礎和應用研發的經驗，并在回國后，繼續在上海交通大學機械與動力工程學院燃料電池所深度鉆研，在基礎研究領域取得杰出的成果后，他決定將實驗室的科技成果轉化為產業的生產力。

在氫燃料電池創業的道路上，章俊良遇到不少困難，他談道：“困難有很多，首先在人才團隊建設上，缺乏足夠的專業技術人才；此外，氫燃料電池市場環境也不夠穩定，社會各方對其的認識和關注度有待提升；在成果轉化方面，如何讓我們的技術和產品更好地適應社會需求等等。”

此外，對于同質化競爭，章俊良認為應該盡量避免。他表示，目前氫燃料電池的市場容量并沒有很大，仍處于技術的迭代積累及上下游產業鏈的同步完善成熟期，因此他呼吁，業內人士應該更關注“高精尖”，提升核心技術的國際競爭力，也提高資源的利用效率。

面對創業難題，唐鋒能源積極參與各類大賽：2020年，在第九屆中國創新創業大賽全國總決賽中獲得優異的成績；在上海交通大學“十大科技進展”評選中，唐鋒能源聯合上海交通大學燃料電池研究所等單位，憑借“高功率密度長壽命燃料電池低鉑膜電極技術研發及應用”成功入選，并獲得上海市技術發明一等獎。項目獲國家發明專利20余件，發表論文30余篇，開發并建成了國內首條汽車燃料電池低鉑合金膜電極批量生產線。作為唯一的低鉑膜電極供應商為國內主流燃料電池電堆及主機廠提供國際一流的膜電極產品，累計制造膜電極近30萬片。

經中國機械工業聯合會鑒定，唐鋒能源研發的新型低鉑合金膜電極達到車用燃料電池高輸出功率、長壽命運行、適應復雜運行工況的應用要求，整體技術達到國際先進水平，單位燃料電池電堆功率的鉑用量技術指標國際領先。

對標國際先進技術并將其超越，是唐鋒能源發展的主要方向之一。對于國內外的產業環境，章俊良表示，國內外燃料電池汽車產業鏈正在逐步成熟，已進入產業化導入期；與發達國家相比，我國燃料電池的核心原料及部件水平，以及整車耐用性及壽命仍有一定的差距。低成本燃料電池發展主要受制于超低鉑催化劑及膜電極發展；膜電極、極板及電堆的匹配設計和工程化實現，協同系統控制策略及其他部件的同步開發是未來燃料電池的發展方向。

基于燃料電池發展的大趨勢，章俊良談道：“未來，我們要將燃料電池技術及氫能技術做到世界領先，為實現碳中和目標貢獻我們的力量。”