燃料电池材料:干了15年工艺,我只说没人敢讲的实话

去年给某新势力做的100kW燃料电池堆样件,327小时就掉了120mV电压,直接凉了。问题出在哪儿?不是组装工艺,是材料。就是那个号称国内领先的低铂催化剂,吹得神乎其神,上车就拉胯。

吹出来的低铂,都是小面积测出来的假性能

说白了就是,现在行业里玩的都是数据套路。你去看所有发出来的成果,低铂催化剂都能做到0.1mg/cm²甚至更低的载量,性能还不输传统高铂,对吧?可你问问,有几个是在500cm²以上的大膜电极上测的?有几个是加了实际工况的循环波动测的?

实测发现,1cm²的小单胞,水热均匀度能比500cm²的大膜高30%以上,测试用的氢气是99.999%的超纯,连一点一氧化碳杂质都没有,跑出来的数据当然好看。换到实际大堆里,载量低于0.25mg/cm²,一千小时启停循环下来,铂颗粒直接团聚到粒径从2nm涨到8nm,活性面积掉45%,电压掉超过100mV,根本达不到车规要求。

燃料电池MEA失效后铂颗粒团聚SEM图
燃料电池MEA失效后铂颗粒团聚SEM图

说实话,我见过不下十个创业公司拿低铂概念融钱,拿出来的测试报告全是小单胞数据,真要放大做堆,没人敢接批量订单。不是不想,是真做不出来。什么狗屁零铂催化剂,我测过好几个高校送过来的样,放氢气里过夜就失活,还好意思吹转化效率90%?

双极板涂层,耐腐数据都是静态泡出来的

上个月拆了一台跑了三个月试验的燃料电池大巴,流道拆出来我都惊了。不锈钢双极板的镀金涂层,出厂的时候厚度是50纳米,流道拐角的地方,跑了两万七千公里,剩下不到5纳米。接触电阻直接涨了三倍,堆功率掉了12%。

现在行业里吹的什么碳涂层、氮化铬涂层,说耐腐性能达到多少多少微安每平方厘米,那都是静态泡在酸里测出来的数据。实际工况呢?冷却液里面有氯离子,膜电极膨胀收缩天天磨涂层,还有整车行驶的震动,哪一个静态测试能模拟出来?

说白了,现在用的金涂层,成本占了双极板的40%,你降厚度,降成本,寿命就往下掉。你不降,一台堆光双极板的成本就下不来,车价怎么可能降得下去?

燃料电池双极板流道腐蚀形貌光学显微图
燃料电池双极板流道腐蚀形貌光学显微图

不过话说回来,也不是没人做无涂层不锈钢,实测用不了五千小时,腐蚀出来的铁离子直接毒化催化剂,整个堆直接废了,这不更坑?

质子交换膜的降解,藏着没人敢碰的盲区

质子交换膜的降解,藏着没人敢碰的盲区
质子交换膜的降解,藏着没人敢碰的盲区

现在所有卖膜的都喊着能做到一万小时寿命,我就问一句,你那一万小时是怎么测出来的?

固定电流密度,恒温恒压,跑出来的寿命对吧?实际车上面,你今天跑高速明天堵车,冬天-30℃冷启动,夏天80℃满负荷运行,温差快110℃,启停一天好几次,自由基的产生速度是静态工况的三倍都不止。我们做过测试,一百次-30℃冷启动循环下来,膜的含水率均匀性掉了19%,局部透氢率直接翻了五倍,这个降解速度,哪一个加速老化模型能对上?

现在不管是杜邦还是国内的材料厂,都在拿静态寿命说事儿,实际动态工况下的降解机理,都还没摸透,更别说改材料配方解决了。就是捂着,等上车出问题了再修,反正是试验车,没人追责。

现在产业化,绕不开的硬伤就是这个——所有吹得天花乱坠的下一代燃料电池材料,全都是在实验室理想条件下攒出来的数据,真放到产业化的实际工况里,全露馅。降成本就是降寿命,提性能就是提成本,这个死结,现在没人解得开。别吹什么突破,先找个能在实际大堆上跑够一万小时,成本还能下得来的材料出来再说。

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