唐锋能源：氢能技术“破圈”

文/俞灵琦

氢能作为可再生、零排放且能量密度高的一种洁净能源，其开发和利用已成为新一轮世界能源技术革命的重要方向。

氢，是在我们身边常见的化学元素。

在中学，我们便学过电解水产生氢气和氧气，我们对于氢并不陌生。

步入新世纪，绿色能源受到越来越多的重视。氢能被视为21世纪最具有发展潜力的清洁能源之一，人类对氢能应用在200年前就产生了兴趣，20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能研究。其中，燃料电池技术是氢能利用的最佳手段，被列为“12种改变未来的颠覆性技术”之一。氢燃料电池在各个国家的应用正在提速。

据《中国加氢站建设与运营行业发展白皮书（2021年）》数据显示，截至2020年底，全球运营中的加氢站共有578座，比2019年新增加115座，为近年来增长最快。其中欧洲共有200座加氢站，100座在德国；北美共75座加氢站，49座位于美国加州；亚洲共有275座加氢站，其中142座在日本，60座在韩国，而中国已投入运营的有101座，主要服务于公共汽车、物流车和卡车等。这表明燃料电池已从实验室真正走向产业化，与锂电池相比，它更具有零污染优势。

为了实现碳达峰、碳中和，氢能的技术突破和产业化应用是重要抓手之一。响应国家绿色能源战略的号召，上海唐锋能源科技有限公司（下文简称“唐锋能源”）致力于氢能燃料电池“心脏”膜电极的研发和批量化制造，以科技创新引领燃料电池产业发展。作为国内低铂合金膜电极供应商，唐锋能源2020年制造销售车用燃料电池膜电极近30万片，为国内主流燃料电池电堆及主机厂提供国际一流的膜电极产品。

那么，这家仅仅在2017年成立的创业企业，究竟是如何在短短的时间内就做到这些成绩的呢？

技术创新和成本下降是“破圈”关键

何为氢燃料电池？

传统干电池、蓄电池是一种储能装置，是把电能贮存起来，需要时再释放出来；而氢燃料电池严格地说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。

从中央五部委发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》到2020年氢燃料电池汽车技术的规模化示范运行0.5万辆，氢燃料电池产业正陆续向着成熟化和规模化迈进。

在快速发展的道路上，氢燃料电池产业也遭遇“痛点”，唐锋能源创始人章俊良表示，一方面，燃料电池技术有待成熟；另一方面，原材料价格和使用成本过高，产业的上下游环节需要进一步加快发展。

“高铂载量、高成本膜电极成为燃料电池汽车大规模推广的关键技术瓶颈。”章俊良说。

眼下，铂是最优的氢燃料电池催化剂，可以说铂在氢燃料电池催化剂中的地位中短期内不可替代。然而铂为稀有金属，全球的总储量只有几万吨，这也导致铂的价格居高不下。

据2021年庄信万丰铂族金属市场报告显示，由于中国对重型柴油车排放法规趋严，汽油车尾气催化剂中铂用量增加，汽车尾气催化剂行业的铂需求将有所上升；同时，工业新增产能将继续增加对铂的需求，尤其是玻璃制造行业，铂需求量将达到创纪录水平，电子行业的铂需求也将出现两位数的增长。

既然“替换原材料”这条道路走不通，章俊良便将技术创新的重点聚焦到“如何将原材料的用量减少”，即“低铂”。

“传统技术上，如果减少铂的使用量，那么会让燃料电池出现低功率密度、运行寿命减短等诸多问题，对此，我们经历近十年开发，完成了燃料电池低铂合金膜电极微观传质、电荷传递、材料衰减等方面的理论突破，解决一系列‘卡脖子’的技术问题，完成了高性能低铂膜电极的研发。”

在技术创新上，唐锋低铂膜电极产品解决了低铂化与高功率密度之间的矛盾，使功率密度达到1.5W/cm2，进而节省电堆体积和重量；另一方面，也解决了低铂化与长寿命之间的矛盾，已通过10000h寿命验证，从而满足车规标准；此外，还解决了低铂化与宽工况之间的矛盾，已通过车规级工况的验证。

“我们拥有100%自主知识产权，下一步我们将探索把铂的用量降低到极致，进而解决燃料电池技术大规模推广应用的难题，助力国家能源安全战略。”章俊良说。

瞄准“高精尖”，引领国际

在章俊良的眼中，大幅提升可再生能源在能源消费总量中的比例已成为世界各国的共识。氢能作为可再生、零排放且能量密度高的一种洁净能源，其开发和利用已成为新一轮世界能源技术革命的重要方向，可以解决传统能源目前遇到的各类问题。这也是章俊良创业的初衷。

章俊良在美国Brookhaven国家实验室和美国通用汽车公司积累了十余年低温燃料电池基础和应用研发的经验，并在回国后，继续在上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池所深度钻研，在基础研究领域取得杰出的成果后，他决定将实验室的科技成果转化为产业的生产力。

在氢燃料电池创业的道路上，章俊良遇到不少困难，他谈道：“困难有很多，首先在人才团队建设上，缺乏足够的专业技术人才；此外，氢燃料电池市场环境也不够稳定，社会各方对其的认识和关注度有待提升；在成果转化方面，如何让我们的技术和产品更好地适应社会需求等等。”

此外，对于同质化竞争，章俊良认为应该尽量避免。他表示，目前氢燃料电池的市场容量并没有很大，仍处于技术的迭代积累及上下游产业链的同步完善成熟期，因此他呼吁，业内人士应该更关注“高精尖”，提升核心技术的国际竞争力，也提高资源的利用效率。

面对创业难题，唐锋能源积极参与各类大赛：2020年，在第九届中国创新创业大赛全国总决赛中获得优异的成绩；在上海交通大学“十大科技进展”评选中，唐锋能源联合上海交通大学燃料电池研究所等单位，凭借“高功率密度长寿命燃料电池低铂膜电极技术研发及应用”成功入选，并获得上海市技术发明一等奖。项目获国家发明专利20余件，发表论文30余篇，开发并建成了国内首条汽车燃料电池低铂合金膜电极批量生产线。作为唯一的低铂膜电极供应商为国内主流燃料电池电堆及主机厂提供国际一流的膜电极产品，累计制造膜电极近30万片。

经中国机械工业联合会鉴定，唐锋能源研发的新型低铂合金膜电极达到车用燃料电池高输出功率、长寿命运行、适应复杂运行工况的应用要求，整体技术达到国际先进水平，单位燃料电池电堆功率的铂用量技术指标国际领先。

对标国际先进技术并将其超越，是唐锋能源发展的主要方向之一。对于国内外的产业环境，章俊良表示，国内外燃料电池汽车产业链正在逐步成熟，已进入产业化导入期；与发达国家相比，我国燃料电池的核心原料及部件水平，以及整车耐用性及寿命仍有一定的差距。低成本燃料电池发展主要受制于超低铂催化剂及膜电极发展；膜电极、极板及电堆的匹配设计和工程化实现，协同系统控制策略及其他部件的同步开发是未来燃料电池的发展方向。

基于燃料电池发展的大趋势，章俊良谈道：“未来，我们要将燃料电池技术及氢能技术做到世界领先，为实现碳中和目标贡献我们的力量。”