2021年9月3日-5日，由中國汽車技術研究中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業協會、中國汽車報社聯合主辦，天津經濟技術開發區管理委員會特別支援，日本汽車工業協會、德國汽車工業協會聯合協辦的第十七屆中國汽車產業發展（泰達）國際論壇（以下簡稱泰達汽車論壇）於2021年9月3日-5日在天津市濱海新區召開。本屆論壇圍繞“融合 創新 綠色”的年度主題，聚焦行業熱點話題展開研討。
在9月5日08：30～10：00 熱點聚焦：新示範政策引領下的燃料電池汽車產業化突破路徑中，上海氫晨新能源科技有限公司總經理易培雲發表了題為“大功率金屬板電堆技術挑戰與產業化”的主旨演講。
上海氫晨新能源科技有限公司總經理 易培雲
我的題目是大功率金屬板電堆技術挑戰與產業化。
實際上前面也講到了氫能是大的背景，學術界認為非化石能源是第四次革命，電堆類似於蒸汽機，內燃機是石油作為動力，燃料電池可以使風光太陽能作為動力。當前產業提到“雙碳”，實際上碳達峰容易，碳中和難，因為經濟發展總量上升，2030年我們估算會產生120到125億噸碳排放， 2030年到130億噸， 2060年只允許15億噸排放。
氫作為一個重要的碳稅，49噸的重卡目前是1元碳稅，但是後面歐洲和美國也會加大對我們的要求，也就是說現在一輛重卡將來的碳稅也是40多萬，這是一個大的邏輯。燃料電池行業比鋰電池難，我們需要關注加氫站、制儲運加，還有光伏和風電，也需要解決電堆的問題。這個行業特別長，從電堆系統空壓機包括電堆開啟以後有碳紙等八大零部件，這些年有些進步，八大核心零部件大部分已經實現國產化。
第二塊是技術挑戰。這裡面難處非常多，一個百千瓦級有400對雙極板和膜電極串聯疊裝，在超過800個密封面上佈置著1500米長的密封線。有1600加2800多個零件，尤其難是燃料電池是串聯絡統對可靠性要求非常高的，非常難控制。一個電堆大概1500米長，一個裡面60平米的防腐室。歸納起來第一個是單節面積達到750平方釐米，第二個是疊裝品數130到400節，第三個是效率，裝配時間怎麼樣和發動機匹配做到幾分鐘。大功率電堆設計需要透過多學科跨尺度的聯合模擬方法，這是電堆面臨的最大挑戰。試錯成本很高，大部分需要靠計算，但計算很難，一個雙極板一個流導是40微米，一個塗層大概20奈米，目前沒有哪個軟體可以從頭到尾。另外它是跨學科的東西，需要把裝配尺寸公差壓力做好，這是機械固體力學的問題，需要把第1節和第400節做好進口和出口的壓差均勻，這是一個流體力學的問題，電化學裡面學問更多，交大有幾十個博士在做。
實現產業化我認為核心的能耗，具體凝練成三個方面，第一個高可靠設計，第二個高一致的裝配，第三個高效率的柔性產線。
第一個可靠設計方面需要大面積複雜流場設計，典型的多場耦合模型，這裡面一個雙極板有80個流道，需要做多場耦合模擬技術，透過一些可靠的設計可以提高15%的效能。
第二個是高可靠的密封。我認為比催化劑和塗層更重要，密封失效就是災難，一旦密封失效就是漏水漏氣，材料失效還可以用，如果密封失效是不可預見的。這裡面有很多的微觀失效的機理。包括力的設計，在裝配過程中，受的壓不一樣，尤其在振動和滑移的情況下，振動或者是氣溫的變化都會產生不利影響。還有就是公差，這麼多零件在一起如何保證零件的吻合，膜電極和電極板都需要尺寸的概念，有了尺寸以後要分析尺寸的傳遞，要分析尺寸的相互影響，最後再作出一個總的高度設計。另外就是偏差的描述，任何一個零件都有偏差，包括雙極板和膜電極。目前氫也做不到隨便裝，還需要做篩選，這樣的篩選可以做到現有的產能情況下提高質量。還有層疊結果過程中，定位誤差分析是一個柔性件，我們做了大量的空間矩陣，從學術來講，叫剛柔耦合的模型。我們提出了一面六杆的變形補償。如何做到振動和冷熱交替在冬天和夏天的情況下，保證壓力的均勻和碳的壓縮量，將400節的偏差降到了20以內。
第三塊是高效的柔性製造，其實當前行業產能幾十萬太我認為做不到，做到萬臺就可以了，因為當前示範城市需求大概只有4000多臺，大批次也可以做，包括部件的快速檢測和精度都可以另外在可抓取放置的情況下，可以透過二維碼的識別和機械手的識別，還有一些機器人的堆垛技術做到了自動化的生產， 一個電堆可以做到20分鐘以內。
最後介紹一下氫晨公司，2017年註冊，2019年運營，我們在臨港地區，吸引了大量的龍頭企業，包括康明斯，嘉資等企業，我們的氫產定位很清晰：只做電堆，使命是上下游共同合作，最終使燃料電池和發動機的體積成本和壽命相當，當然目前還是無法和發動機相比。目前來說我們做的大功率的80千瓦以上，從80千瓦到150千瓦的電池，80千瓦電池可以用作公交物流，120千瓦可以用作通勤車乘用車。舉個例子，去年有一個電堆的低溫儲存低溫啟動防水防塵都可以達到標準。電堆的開發很困難，尤其剛才提到的樣機，將樣機放大也是未來的希望，尤其在國內的整車廠大功率系統已經做到了批次化的應用，尤其在重卡方面東峰、福田、大運等企業和公交車、環衛車、一些SUV專案都在用我們的電堆。
