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中汽创智车用氢燃料电池的发展及规划

现有固态电池体系存在各种问题:聚合物固态锂电池容易短路与热失控,薄膜固态锂电池成本高、能量密度低;硫化物固态锂电池则存在固固接触持续变差、空气敏感的问题;氧化物固态锂电池的电解质片容易脆裂…….

2022年11月16日,由盖世汽车主办,上海虹桥国际中央商务区管委会、上海闵行区人民政府指导,上海南虹桥投资开发(集团)有限公司协办的2022第二届汽车动力电池论坛上,中汽创智科技有限公司新能动力事业部首席技术官王英博士表示,锂电由于材质的特殊性而存在不稳定性,因此,中汽创智将目光对准电池材料,致力于全固态电池,氢燃料电池的研发,专注于攻克电堆、系统、膜电极、关键材料上的技术难点。

目前,中汽创智的核心产品覆盖60kW~150kW系统,可用于乘用车和49吨以下车型。

中汽创智车用氢燃料电池的发展及规划

中汽创智科技有限公司新能动力事业部首席技术官 王英博士

以下是演讲内容整理:

中汽创智公司成立两年半,是一汽、东风、长安和南京政府共同出资成立的,目的是解决车端56个卡脖子的技术问题,同时担负产业化的任务。中汽创智主要由三个事业部组成:智能底盘,智能网联,新能动力。我今天主要给大家汇报的是中汽创智新能动力在氢燃料和固态电池方面的工作。

作为新公司,中汽创智的发展迅速,我们每周工作量平均为70小时,仅仅用了两年半的时间就获得南京市独角兽公司的认证,我带领的团队取得了国家科技部“十四五”专项,在氢燃料方面最核心的氢燃料芯片膜电极产业化项目。同时,中汽创智作为牵头单位,还获得了工信部的新能源产业链相关项目。

行业内,固态电池的核心在于安全问题和续航问题,但安全问题和续航里程问题是不是矛盾?这还需要我们持续地探讨。中汽创智目前瞄准的是全固态电池,主要目标是实现低成本,宽温度范围,高电导率。但是还有很多难题需要突破:比如,1、体积能量密度还是比较低;2、制造环境非常苛刻,从材料到工艺,从实验室走向小试、中试都需要持续的技术攻关;3、现有固态电池体系存在各种问题:

如聚合物固态锂电池容易短路与热失控,薄膜固态锂电池成本高、能量密度低;硫化物固态锂电池则存在固固接触持续变差、空气敏感的问题;氧化物固态锂电池的电解质片容易脆裂…….这要求我们用新的思路研发固态电池:从最核心的材料出发,搭配合适的工艺取胜。

在这个基础上,中汽创智坚持攻克全固态电池覆盖材料端,工艺端和设备端的核心技术,同时具备从电芯组装成电池包的能力,现在面临的难点主要是材料端和工艺端,下图是对材料维度技术痛点的罗列:

在业务规划上,中汽创智全力推进使用硫化物电解质的高安全、高比能、长寿命、低成本的全固态动力电池开发与产业化;重点聚焦于全固态电池电芯层级开发,电池包开发及整车搭载,并由三家股东牵头开展,CAIC提供技术支持;针对全固态电池电芯开发,将从核心材料、关键工艺和专用非标装备等三个维度协同开发。

接下来介绍氢燃料,氢燃料是氢能汽车的心脏,氢能汽车车端会搭载燃料电池包+氢瓶两个部分,和锂电池最大的区别在于,锂电池的行驶里程(能量)和功率被整合在一起,氢燃料的功率由燃料电池提供,行驶里程(能量)由氢瓶提供,因此,增加一个氢瓶就可以增加续航里程。

更重要的一点在于,锂电池存在很多安全性的问题,氢能电池虽然可以采用“三明治”结构:正负极+膜+氢气+氧气,但是氢气和整体反应是分开的,即便氢气有可燃的风险,但是能在4s内扩散至100m以上的高空中,所以说,氢燃料和锂电池在安全机理上是不同的。

在这个基础上,我们认为氢、锂、非锂电池一定会基于应用场景的不同而并驾齐驱,并行发展。

讲回氢燃料电池的构成原理:整体是燃料电池包,里面有核心模组(相当于电堆),控制FCU(相当于BMS),一片一片的单体是膜电极,单电池就是膜电极和双极板组成的,在构成机理上同锂电池非常相似,但设备上完全不同,氢燃料有个概念叫“剥洋葱”,意思是它的结构是从车端系统、中间电堆、零部件,最后是核心材料级。

国内70%-80%的车厂现在可以购买核心零部件组装成系统上车,但是核心技术都掌握在欧美日韩那里。其中膜电极就是关键的卡脖子技术,中汽创智的行业使命就在于发力膜电极核心技术。

中汽创智在氢燃料业务上秉承“1234”规划:一个团队、两只脚、三个产品、四年腾飞,其中擎势品牌打造三款自主核心产品:Hydro E110、Hydro P130、Hydro MEA,均已落地,分别得到了江苏省工信厅2021年新进技术产品的产品认可和工信部的产品认证,可以直接上车。

中汽创智车用氢燃料电池的发展及规划

数据来源:中汽创智

目前,中汽创智的新能动力事业部氢燃料团队已经在3省5地同时开展试验开发工作,有效保障了项目的顺利进行。我们承接了从纳米到米级的多维度,多尺度开发仿真技术,覆盖气,热,电,力等多个学科,可以说,仿真技术是我们整个开发体系中极为重要的“千里眼”,在车规级领域,我们通过大量的DV,PV实验验证,保证产业链安全的情况下推出了三款核心产品。

第一个关键产品是擎势®Hydro-P130,是 130kW燃料电池堆,峰值功率高达150kW,号称南京第一堆,也是唯一代表江苏省参加国家“十三五”科学创新成就展的电堆。

第二款产品是110kW的燃料电池系统擎势®Hydro-E110,目前已经上车,这两款产品结合膜电极核心技术,实现60kW~150kW系统全覆盖,可用于乘用车和49吨以下车型。

总而言之,中汽创智有人才团队,有完整的研发体系,有严格的车规级实验验证,有健全的产业链,并且有充足的落地资金支撑,我们希望能够将新能动力业务中的全固态电池和氢燃料电池,尤其是氢燃料电池从示范运营逐步推向商业化、产业化、规模化落地。

(以上内容来自中汽创智科技有限公司新能动力事业部首席技术官王英博士于2022年11月16日由盖世汽车主办,上海虹桥国际中央商务区管委会、上海闵行区人民政府指导,上海南虹桥投资开发(集团)有限公司协办的2022第二届汽车动力电池论坛上发表的《中汽创智车用氢燃料电池的发展及规划》主题演讲。)

来源:盖世汽车

作者:荟荟

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