王立松：致力零排放未來，共創碳中和愿景——巴斯夫燃料電池汽車材料解決方案

　　6月27日-29日，2022中國汽車供應鏈大會暨首屆中國新能源智能網聯汽車生態大會在湖北武漢經開區舉辦，本屆大會主題為“融合創新、綠色發展——打造中國汽車產業新生態”。大會由工業和信息化部、湖北省人民政府、中國機械工業聯合會聯合指導，中國汽車工業協會和武漢市人民政府共同主辦，武漢市經濟和信息化局、武漢經濟技術開發區管理委員會、武漢市智能汽車產業促進會和汽車縱橫全媒體協辦，東風汽車、黑芝麻智能和地平線為合作伙伴。嵐圖Free、嵐圖夢想家和東風風神皓極作為本次大會的官方服務用車，為大會嘉賓提供出行服務。其中，在6月29日上午舉辦的“綠色發展—促進汽車材料新飛躍”主題論壇上，巴斯夫（中國）有限公司動力市場部經理王立松發表精彩演講。以下內容為現場演講實錄：

　　大家好，各位中汽協的領導，汽車產業鏈和科研院所的各位專家朋友們，大家上午好。我叫王立松，我來自德國化學公司巴斯夫，現在就任于特性材料部門，負責亞太區動力總成市場的開發和管理，燃料電池是我們關注的領域之一。

首先，感謝東華大學纖維材料改性國家重點實驗室的余木火教授和孫德玉老師的邀請，參與我們分論壇的會議。由于疫情管控的原因，我本人沒有辦法到現場與會，所以以視頻的形式跟大家做報告分享。

我今天這個報告的題目，是致力于零排放未來，共創碳中和愿景，那我主要想跟大家分享一下我們材料部門對燃料電池技術這一塊兒，我們近幾年的材料開發工作。我的報告，主要分為以下幾塊內容，首先，簡單介紹一下主要市場的燃料電池汽車發展狀況，第二部分是我們近幾年開發的幾個材料，主要的性能指標，測試結果，還有和競品的對比分析，然后給大家分享兩個成功的客戶案例。最后，如果有問題，我在線為大家解答。

那么驅動我們汽車市場變革，尤其是近幾年新能源汽車快速增長的排放法規，以及碳中和這樣一個大目標的背景的情況，我相信中汽協的各位同仁這幾天也會跟大家做了詳細的解讀和分享。那目前我們已經處于國六和歐六的進一步實施階段，最新的消息，是說三季度，也就是七月份的時候，歐盟會對歐七新法規的提案草案進行公布，那新的歐七的法規，最早可能于2026年甚至2025年就開始執行，相信新的歐七，對于氮氧化物，污染物和溫室氣體排放，會更進一步的加深及限制。

對于我們國家來說，國家能源戰略已經很清楚，30年的碳達峰和60年的碳中和已經宣布，那我相信國七汽車排放標準，也是走向類似的方向。所以，新能源以及氫能，發展的潛力非常巨大。

我們先來看一下全球氫燃料電池汽車的產量、保有量，以及基礎建設加氫站這塊兒的布局情況。左邊的兩張統計的圖可以看到，截止2021年年底，全球的燃料電池汽車的保有量的大概在51600輛這樣的一個水平。雖然總的數量，仍然不是很多，但實際上這五萬多輛車相比于2021年已經增長了一半，增加了接近50%。然后從國家分布來看的話，韓國和美國，目前仍然是占比最高的，超過62%的數量。

第二點，目前，對于fuelcell車，我們超過80%的車型，依然是乘用車，其實這也是得益于豐田的敏銳和現代的Nexus早期商業化落地的實現的一個局面。對于中國，其實我們的目標和戰略其實比較清楚的，也不太一樣，我們是重點將燃料電池技術布局在商用卡客車的領域，尤其是長途重卡的方向。這個統計口徑顯示，我們現在有8400輛燃料電池的車。換句話說，我們占據了世界上超過90%的燃料電池客車和95%的燃料電池卡車。

另外，關于加氫站這一塊兒，這兩年的中國，日本，韓國的政府，也是大力支持，目前全球來看，燃料氫氣的加氫站，已經來到了730座，那這個相比于2020年的話，也是增長了35%，去年一年增加了近200座的加氫站。當然氫能尤其是綠氫，被視為潔凈的排放的綠色能源。但是，應用在汽車工業，汽車領域，還有很多的挑戰和諸多要解決的問題。

首先，氫能和燃料電池的使用的成本，依然是高昂的，對于整個產業鏈來說的話，還需要解決其成本經濟性的問題。最終，要具備與石化能源，燃油和其他低碳能源選項相比的話，具有一定的經濟性優勢。那另外，在儲運和運輸過程中的安全可靠性，也需要技術的升級來做保障。另外燃料電池電堆技術，近幾年確實是有很大的技術進步。綜合的成本，電堆的成本也是下降的幅度比較大，那這也有利于整個產業的向前推動。

另外，政府對加氫站以及氫氣使用標準的規范化，還有對整個行業的激勵政策也是至關重要的，對整個行業的推動是能夠有正向積極作用。

巴斯夫對于燃料電池方向的技術探索和材料開發，也自然離不開這些行業痛點的解決。那熟悉巴斯夫我們公司的朋友，可能會比較了解，我們化學品和高分子材料的種類和范疇其實是比較寬泛的。那今天我的報告和我的主要的內容，主要是講特性材料部門的Ultramid，尼龍，以及Ultramid Advanced，高溫PPA材料，以及PU發泡聚氨酯的幾個材料品類，然后主要的目標應用的是電堆系統BUP，以及高壓儲氫罐對應的子系統。

另外，我們公司也有其他的部門和同事在關注膜電極，以及重整催化劑還有低電導率的冷卻液，這些是我們的兄弟部門的一些產品。為了讓大家有一個比較整體的清晰了解，我將燃料電池汽車的子系統和我們的主要的材料推薦方案做了一個配對和匹配，首先最關鍵的肯定是fuelcell電堆和四型的高壓儲氫罐。在電堆這一塊兒，我們針對流體分配器管或者是匯流板的這一塊兒，我們開發了高純凈度低離子析出的UltramidEQ材料系列，另外也有我們的T1000，6T和advancedN，9T，同樣展示出的離子析出和高化學耐受性以及機械強度的材料。對于結構件，比如端板的這一塊兒，我們有50玻纖以及60玻纖增強的高機械性能的規格。另外，對水氣分離器和循環管路，我們開發了高耐水解，優異的耐化學耐水解性能的尼龍材料。

第二塊，對于四型儲氫瓶這塊兒，我們過去幾年的重點，在于吹塑跟注塑的材料的開發和改善。那我們目前，基于客戶的項目，已經做到了非常好的氫氣組合性，氫氣的滲透率很低，達到1.4個滲透率單位，在零下70度的低溫，柔韌性也得到了很好的平衡。另外，對于氫罐，我們對于這個罐子的外層保護以及防火，可以應用PU和ETPU的兩種材料得到應用。另外，對于氫氣供應系統和空氣的進氣系統，還有熱管理，我們也是有諸多的材料，可以選用。舉例來說的話，對于增濕器這個加濕部件來說的話，除了用聚醚砜去做他的網管之外，對于灌封膠，我們采用了PU和聚氨酯的一個方案。熱管理這一塊兒，我們可以有注塑跟擠出的排號，用于水泵管路和一些閥體接頭。另外，也有激光焊接的排號，此外也有超低電導率的冷卻液。在三電這一塊兒，我們也有諸多的解決方案，比如說B0FR阻燃級別的，橙色的一些規格，那聚氨酯導熱膠也可以應用在電池包中，電池的灌封膠以及電池包上蓋。另外對于高壓電機，我們有聚氨酯的NVA池方案，對于高頻高壓電機的一個聲學降噪起到一個很好的作用。

實際上在開發質子交換膜燃料電池的工程師，肯定面臨著很多材料以及部件的技術挑戰。我們根據自己的理解，將這些問題點和關注點主要分為了三類，第一類就是燃料電池關鍵部件的長期使用過程中，它的壽命的衰竭，降解或者是污染。

另外一類就是在使用應用過程中的一些變化，比如說空氣原，以及氫氣原引入過程中帶入的雜質和污染物。另外就是各種金屬材料以及我們的高分子非金屬材料，在與流體和氣體長期接觸的過程中遷移的離子和殘留的離子，以及產生的污染物。

第三類，就是熱管理的精確性和一個可靠性，包括很有效的冷卻以及加熱。我們后面的材料方案的一些性能的關注點和測試結果，也主要圍繞著這些關注點。我們第一個介紹的材料排號或者是系列是Ultramid的EQ，低離子析出的聚酰胺材料系列。EQ系列，我們對于這個材料配方中所有的原材料的潔凈度的質量要求是非常高的，那我們有特定指定的原材料，對于他的污染物的含量和它的純凈度的QC控制是很高標準。另外，對于他的熱穩定系統，也是專屬定制的，包括鹵素含量和金屬殘留要控制在我們需要的PPM級別以下。那另外，在他的生產工藝過程中，以及它的包裝過程中，我們也是嚴苛要求，以確保它的終端產品的潔凈度。那這個材料，我們體現出了優異的低離子析出和高純凈度，兼具安全可靠性和質量保障。

通過右邊的對比圖，大家可以詳細的看到EQ的這個規格A3EG7EQ對比于我們傳統應用于ICE的幾個規格，比如說左邊的A3WG7，A3HG7，甚至我們一般所使用的A3EG7來說的話，他的鹵素的殘留量以及金屬離子的含量都非常非常低，低于十個PPM，那其實相比于傳統的這些排號的話，那這個LQ系列的材料在于鹵素陰離子跟金屬陽離子的總體的含量控制本身就很低。所以在使用過程中，它可以很確保對電堆這類對雜質敏感性嚴苛要求的部件和應用場景的適應性。

在剛剛介紹的Ultramid的EQPA6和PA66兩個產品線基礎上，我們想側重性的引入另外兩個規格，6T的T1000HT6和 9T的N3HG6。之所以這樣去引入這兩個規格，是因為我們其實是想把陽離子技術落實在長途卡客車這樣的一個，尤其是重卡這樣的一個應用場景。那么在長途重卡的這樣的一個工況下，部件對于材料的長期耐受性，長期的性能保持率是要求更為苛刻的，那這個就體現在我們材料它的長期蠕變性能在高溫下以及在長期持續工作的這種環境下的一個可靠性。另外，在冷熱沖擊的這么一個不同的變化情況下，它的一個性能保持率是怎么樣的？那因此我們的芳香族尼龍6T跟9T的兩個排號就體現出價值，那這兩個排號，在我們客戶項目中也得到了性能的驗證。

我們有兩個技術的圖表來展示N3HG6PA9T30玻纖增強的這個規格，它的耐水性的表現。上面的這個表，可以看到N3HG6PA9T這個規格，在95度熱水中長期水煮1000小時之后，它的機械性能是相當于保持率是恒定的，是非常高的。那這個模量的數據。然后相比之下，同樣的條件，1000小時之后，尼龍6T的規格和63的玻纖的這兩個規格，下降衰減的比例比較高。另外下面的圖，可以看到N3同樣的規格，N3HG6這個規格在乙二醇冷卻液中，在比較極端高溫135度浸泡三個小時之后，它的機械性能的保持是很高的，達50%以上的一個保持率。

另外順便提的一個排號是我們用于冷卻管路開發出來的擠出規格，這個材料是基于尼龍9T開發的，相比于我們目前在用的或者是常見的PA10，以及其他的常見的尼龍相比的話，因為這個規格是基于9T芳香族的PPA材料，它本身的玻璃化轉變溫度非常高，所以他在高達100度范圍內范圍內的機械性能是非常穩定。另外，9T相對于其他的材料，它的水汽的滲透率比較低，也更低，所以我們也特地開發了一個單層的擠出管路規格。

更為重要的一點就是電導率在長周期測試下它的一個影響，我們選用了T1000H77和N3HG6這兩個規格，在80度的測試條件下去看1000小時之后它的電導率變化。我們測試是拿的去離子水觀察24小時，48小時，72小時，648小時，1000小時之后，總碳電導率以及離子的含量的變化左邊兩個是這兩個規格，右邊第三個是PPS40玻纖的競品，以及PA6T35玻纖的一個競品，其實我們可以看到最右邊的1000小時最終的結果T1000HT7和N3HT66兩個規格的最終的電導率的控制是非常好的，影響是非常小的。最終結果在五個納米以下，這兩個結果的話是優于PPS和PA6T的競品。

前面一頁的數據，實際上是我們跟中國的一家車企對于燃料電池項目測試過程中評估的結果，這一頁是我們從另外一個角度另外一個測試條件，這是和韓國的一家車企的共同的一個測試。同樣的溫度，不同的時間和不同的關注點，對于選出來的15種關鍵離子的含量的測試，我們T1000HG7最終的總的含量是四個PPM是符合客戶的八個PPM的要求。競品的PPA35玻纖的是超指標，是不合格，結果是十個PPM多一點。

另外一方面第二點就是我們的四型儲氫瓶內膽材料的開發，前面也講過，我們前期的客戶項目研發的重點主要在注塑跟吹塑兩種工藝用的材料開發。目前，我們跟合作伙伴在評估和開發滾塑工藝的材料。那這個表格，結合我們客戶的實際技術要求和我們在開發防浸滲材料的過程中總結的經驗，將主要的四個關鍵指標列在這里。那首先是流動性，就是MBR體現在我們材料上，然后是低溫負70度的拉伸屈服的硬變，以及我們的韌性，也就是缺口沖擊強度。最后最重要的也就是氫氣阻隔率，氫氣的滲透率。

實際上我們可以有一定的設計能力和靈活度去匹配客戶的技術要求，比如說針對吹塑或者是滾塑的技術工藝形式來調整我們的流動性，最低可以達到五，最高可以達到很高流動的一個配方設計。對于氫滲的，如果客戶是有很高的一個減重或者是薄壁的一個要求，我們可以把氫阻隔性做到非常高，可以達到1.4個組合單位。那如果是客戶考慮到經濟性，我們也可以犧牲一定的氫阻隔性，達到一個平衡。

因此基于上一頁所羅列的主要的技術指標，以及所考量的經濟性和性能的一個平衡，我們將目前開發出來的注塑的規格配方，以及吹塑的規格配方大體分為兩類，那在這個表的上一部分，主要是追求的是高性能，比較高的氫氣的阻隔性，以及它的低溫的韌性。下面的這一部分，主要體現在經濟性價比，那它的性能，也是達到一部分客戶的要求，同時，它的總的成本控制的比較好。那右側我們可以看到從加工成型，以及防止起泡輕循環之后的一個性能，還是能夠實現我們找到的一個平衡。

另外關于氫罐這塊兒的一個輔助配件，就是端部的吸能保護部件，那在這一塊兒，我們有PU的硬泡方案，以及發泡的ETPU，主要體現在就是輕量化以及綜合成本的一個優勢，那同時，我們也有阻燃和防火涂層的經驗和技術儲備。此外，高壓電機的降噪隔聲的NBA方案越來越引起工程師的注意，那這一塊兒的材料，相對來說其實還算成熟，那我們的發泡方案，主要基于聚氨酯材料，我們的自結皮一體成型的發泡，以及我們有物理發泡和水發泡，尤其是環境友好的水泡，那這種方案，它體現了一個低密度，輕量化以及一體加工成型。另外，也有開發阻燃的配方可以實現，那這些也都是有成功的應用案例的。

最后，跟大家分享一下我們的客戶成功案例，其實多數fuelcell項目，我們是跟客戶有保密協議的，所以也只能介紹一到兩個。

第一個是跟戴姆勒梅賽德斯奔馳fuelcell合作的這個項目，我們用了A3EG7EQ去做它的一個流體分配氣管，這些輸送氧氣，氫氣以及冷卻液的這些管路的部件，是用這個高純凈度低離子析出的規格，那我們50玻纖的這份CR的材料做了結構件。

另外就是Nuvera，這臺四十五千瓦的fuelcell艦隊系統，那我們采用了尼龍9TNHG6這個規格，做了流體氣管，節溫器殼體，還有隱射閥，凈水器等等部件，這個主要體現了尼龍9T出色的耐水解性，以及他的穩定的機械性能，還有優異的尺寸穩定性。另外，也是可以實現機關焊接。

當然巴斯夫在新能源相關的應用方面的材料和解決方案還有很多很多，比如說充電樁，電池包以及功率電子，當然我們fuelcell也有其他的一些對應的材料，希望大家以后有機會可以更加深入的討論。

另外，巴斯夫作為全球領先的化學公司，在主要的國家和經濟體都有研發中心，也有本地的技術人員跟大家一起討論，燃料電池的技術前沿和解決方案。

以上是我的報告部分，感謝大家的時間和耐心，我也留下了自己的聯系方式和二維碼，希望有機會可以深入交流，再次感謝。

（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱）

　　來源：2022中國汽車供應鏈大會組委會

原文始發于微信公眾號（飛熊汽車）：王立松：致力零排放未來，共創碳中和愿景——巴斯夫燃料電池汽車材料解決方案