10月18日，在佛山展会上，清能股份推出400kW燃料电池复合双极板单堆。该款电堆是截至目前全球范围内公开的行业内最大功率单堆，具有大功率、低成本、寿命长、容错率高等优点，能够有效降低氢能重卡20%氢耗，在行业内引发极大关注。
纵观燃料电池电堆发展历程，从2018年到2023年上半年，单堆功率从不超过60kW到突破300kW，功率及功率密度提升之快有目共睹，不过在这之后，鲜见新品公布，主因在于业界把更多精力放在了产品耐久性及寿命上，而且单堆功率再做大，会遇到很多棘手的技术难题。
此次清能股份推出400kW大功率单堆，是基于哪些考量？电堆功率提升后，有没有带来额外的成本负担？相关技术难题是如何解决的？量产准备做好了吗？预计何时投入市场应用？高工氢电特别专访清能股份副总经理仇舯，来详细解答这些问题：
Q：高工氢电
“虽然行业内早就推出了200+kW系统、300+kW电堆，但实际配套重卡运营时，很长一段时间系统功率以110～130kW为主，电堆以150kW左右的单堆或由双堆组成电堆模块居多。今年落地运营的重卡系统及电堆功率有上升趋势，系统、单堆最大功率分别未超过200kW、250kW，总体运营车辆还不多。在此形势下，清能股份为何率先推出400kW单堆？”
清能股份：开发这款产品主要为了满足以重卡为代表的用户对燃料电池高功率、高效率、低成本的需求。清能股份于2018年原创开发了石墨金属复合双极板技术，并在2019年推出150kW电堆、120kW系统，2022年推出250kW电堆、200kW系统，复合双极板电堆累计配套国内外商用车系统超过1500台，在交通应用领域已充分取得了商业化验证。现在全国各地针对氢能车辆陆续推出免收高速公路通行费政策，氢能重卡长距离运输推广进程正在加快。从用户使用角度来看，40吨及以上重卡在高速公路上以每小时80~90公里速度行驶时，燃料电池系统输出功率需要达到170+kW，同时运行效率需要进一步提高、使用成本进一步降低。基于此，我们推出400kW电堆，可应用于200kW+的系统中，系统额定效率可达54%，氢耗可降低20%以上，能进一步满足跑长途的重卡用户需求。
此外，产品也被广泛应用于国内外的燃料电池固定式发电项目。这给我们推出更大功率的石墨金属复合电堆产品带来了极大的信心。
Q：高工氢电
“氢能重卡用户对成本特别敏感，400kW电堆相较清能股份此前推出的250kW电堆是否增加了材料部件费用？这款电堆是否体积更大，应用于重卡是否会挤占原本有限的空间？”
清能股份：我们内部在做产品战略的时候，初心是要降低用户的购置和使用成本，推动氢能重卡不依赖补贴的大批量商业化。因此，最核心的一点目标是开发产品不能增加用户成本。400kW电堆相较250kW电堆，单电池活性面积扩大至600cm²，结合膜电极性能的提升，单电池片数及电堆体积并不需要增加很多。我们电堆内部使用的关键材料及核心技术自主可控、成本可控，一直以来相较行业平均水平成本优势明显。因此，采用400kW电堆集成的200kW燃料电池系统，在氢能重卡整个系统使用过程中氢耗的大幅降低会带来使用成本的大幅降低，因此算总账时一定划算得多。
此外，400kW电堆会降低氢能重卡20%的氢耗，在同样储氢量下，达到更长距离的续航，或者在达到同样续航里程需求下，储氢量及储罐个数可以减少，也可帮助重卡节省空间与成本。
400kW燃料电池电堆
Q：高工氢电
“大功率单堆研发制造不容易，通过扩大单电池活性面积、增加片数等手段，容易出现气体分配不均匀、公共腔室增压、电堆塌腰等一系列棘手难题。请问清能股份是如何解决的？”
清能股份：清能股份原创的石墨金属复合双极板技术，针对电堆阴极和阳极不同的反应环境，阴极侧采用石墨极板，阳极侧的金属极板，通过结合金属材料和石墨材料各自的特性优势，克服了大功率石墨电堆体积大、成本高，以及金属电堆热管理难度大、单电池难以放大等难点，并在中国，美国等世界主要市场被授予了多项发明专利。
此次400kW电堆采用的双极板加工工艺是在原来250kW电堆平台量产工艺基础上进行了全面升级，石墨板采用高精度模压工艺，在提升产品一致性的同时降低近60%生产成本；金属板则采用了最新研发的PVD碳涂层喷涂技术，提升了导电性，降低了接触电阻，进一步增强电堆的可靠性和效率；双侧复合极板通过公司多年研发并充分验证的密封技术完成组装，将石墨极板和金属极板完美地“合二为一”。
此外，清能股份在核心材料部件的研发制造、控制逻辑等多方面做了一系列改进，如提升膜电极性能、改进双极板流道设计、优化电堆及系统控制逻辑等，进一步提高大功率电堆的运行稳定性及寿命。
Q：高工氢电
“扩大极板板型面积及活性面积，增加堆叠的片数，都会给生产制造增添不小的难度，极难做好尺寸公差及一致性，容易造成电堆装配应力压力不一致，影响电堆最终的性能表现。清能股份400kW电堆做好量产准备了吗？如何攻克生产制造过程中的难题？”
清能股份：清能股份从2003年开始研发制造燃料电池，凭借二十多年在燃料电池及新型电解制氢技术领域的深厚积淀和批量化交付经验，已自主研发出涵盖膜电极、双极板、电堆等核心部件的技术平台和自动化产线，年产能已突破1.2GW，生产设备拥有很多独有的参数性能。
具体而言，清能股份在新产品研发管理过程中，会从核心材料、单电池、短堆、再到大堆的一系列验证，在这个过程中会解决很多问题，包括技术问题以及生产工艺问题，研发的同时解决量产的难题。正是因为20多年持续专注于燃料电池电堆的研发和生产，清能股份才具备能力解决石墨金属复合双极板这两种不同物理材料在密封、热膨胀等方面的难题。
清能股份的大功率复合双极板电堆已经过多年的商业化验证，产品已广泛应用于车用领域，包括重卡、渣土车、物流车、环卫车、火车等多种应用场景，累计配套超过1500台车辆，其中近300台已成功出口海外市场。特别是在重卡领域，公司于2019年推出的大功率150kW电堆，当年即应用于宝钢122台重卡项目，这也是全球首个批量化重卡示范项目。自2022年，公司推出250kW电堆产品及配套的200kW系统，已成功出口海外超过100台，也已同多家国内主机厂合作开发200kW重卡。
200kW燃料电池重卡
这些均得益于公司的一体化布局，以及长期的实践摸索优化。公司的每一批产品都是实实在在地完成了测试、装车、调试、验证等各个环节，每一个环节过程中所积累的应用数据和经验，都为新一代产品开发和量产技术的升级迭代奠定了良好基础，才使得公司在大功率电堆量产上充满自信。
我们坚信，只有真正具备扎实的批量化生产技术和丰富的商市场化应用经验的企业，才能经得起市场的考验，才能生产出更优质的产品。
Q：高工氢电
“预计这款400kW电堆何时投入市场应用？”
清能股份：清能股份内部测试很早就开始了，400kW电堆预计明年年初装车测试。目前氢能重卡市场发展比较快，将最先用到这款400kW电堆。此外，清能股份在氢能列车、燃料电池固定式电站上都有相应的应用案例，针对这两块市场，我们也将陆续更新迭代采用这款产品，在系统同等功率下，可以进一步减少电堆模块，让控制更简洁，整体成本更低。毋庸置疑，清能股份400kW电堆是行业革命性产品，将引领氢动力和氢发电的应用进入更高效率、更低成本的的新时代。
