蜂巢能源的短刀片电芯生产和发展路线
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蜂巢能源近日举办了一次小规模的金坛工厂参观活动，主要介绍短刀电池的智能制造过程，我整理分享一下我看到的内容。
蜂巢能源的短刀电芯产品，首次出现是在2019年4月上海汽车展上，然后在2021年底蜂巢能源发布“领蜂600”全域短刀化后占据了产品序列的C位，这次在蜂巢能源二期短刀电池工厂，“短刀”电池量产线落地，年产能为2.5GWh。
▲图1.短刀磷酸铁锂的生产落地
Part 1
短刀的生产过程
在二期工厂的8GWh产能里，铁锂和三元（含无钴）大概占了一半。预计2022年，在各个电池企业里面铁锂估计占比都在50%以上。
现场可以看到，锂电池的第一道生产工序匀浆也是按这个比例安排的，单个2300L大容量双行星搅拌设备，每罐浆料对应600KWh（纯电动车10辆左右）——这部分其实和电池的最终形态没直接的关系。
▲图2.现场看到的化学体系的比例
比较明显的是第二道的涂布工艺，短刀电池的长度（近600mm）比普通电芯（148mm或者220mm）更长，涂布的宽幅、速度、精度决定了电池极片生产的效率和品质。在现场能看到1400mm超宽幅涂布机，一次出两列，涂布速度也非常高（80m/min）。幅度宽了，为了保证涂布精度，需要在涂布设备上设置三套β射线在线面密度检测系统和两套CCD实时涂宽检测系统，来实现数据实时检测和控制，保证涂布的自动闭环管控（面密度控制在±1.5%以内，正反面错位≤0.5mm）。
▲图3.短刀相比之前的宽幅涂布有很大的变化
在辊压工序中，整体工艺没有很大的差异，由于幅度比较宽，通过正极热辊压，负极双辊连续滚轧，在辊压机上进行电磁加热、红外线在线烘烤、在线激光测厚、废料边去除等技术集成，效率还是有很大的提升。
在模切工序，蜂巢能源应用了激光模切，节省模具投入和设备维护的费用，模切效率也得到40%的提升（30m/min提升至40-50m/min）。
在这里的最大挑战是激光过程产生的毛刺，需要检测层面非常精细化的算法。下一步产线的提升，主要依靠卷对卷模切+切叠一体设备，在工艺层面进行集成。
对于刀片系列的电池而言，某种意义上是从软包进化过来的（叠片工艺的电池生产），叠片速度一直是行业痛点，在这里看到的是双工位叠片效率高达0.4s/片，已研发完成的下一代超高速刀片式电芯极组成型设备，叠片效率可以做到0.125s/片，配合电芯的设计可以在电芯封装层面，对于卷绕极组成形效率形成实质性的挑战。
▲图4.高速叠片机
软包的电芯厚度瓶颈，在刀片设计的理念下，其实突破了。所以这颗磷酸铁锂的电芯，在21mm的厚度下达到了184Ah，还有进一步增长的空间。
▲图5.双卷芯的设计9mm合成21mm的厚度电芯
从生产的过程来看，二期工厂相比于之前看到的一期，在细节上有很多的改进，主要是兼容性方面：二期兼容了VDA、短刀两种不同的设备，在细节方面诸如传输设备方面作了改进，特别是导入了卷芯磁悬浮的物流体系，加上改进的AGV运输物流，极大的提高了节拍和效率。在参观过程中，工厂配置的人员又少了很多，而加入了更多的检测手段，通过强大的软件系统和数据分析来提高工艺直通率，变得更加智能化了。
走低成本，高体积利用率的路线，从VDA电芯一路演化到刀片，整体的卷芯到Pack效率还是非常靠前的。从目前来看，围绕电芯层面的革新，比围绕Pack结构的设计，能够使得电芯在制造层面的成本的降低，在Pack层面也会提高成组效率，降低电池系统的重量（能量密度提高），而且Pack内部的零部件数量减少，特别是相关结构件的减少，有效实现电池系统的成本目标。最终，电池安全性能也会进一步提升——对于方壳而言，薄的电池相对更安全。如果不往宽度方向做文章，往厚度扩展，对于电池安全的影响是很大的（散热面小，热导不出来，内外部的温差大）。
▲图6.刀片电芯的成组率，真的是非常高效的
Part 2
技术发展方向
●围绕全域短刀电芯的迭代
在技术交流环节，比较有意思的话题就是围绕短刀电池的进化。
由于目前磷酸铁锂材料技术的进展，可以在工艺环节和材料环节做进一步迭代。对于电池企业来说，最喜欢的进化方向就是这样：在电池生产线，电芯尺寸、电池系统和整车接口，什么都不需要变，直接能通过多迭代实现能量密度上5%、10%的升级。
蜂巢能源在短刀电池升级的路径上，不管是磷酸铁锂混磷酸锰铁锂，还是磷酸锰铁锂混三元，都在同时进行开发。今年底到明年还会陆续推出第二代和第三代，能量密度也将进一步提升。
从研发逻辑上来看，原材料的来源非常广泛，是更好的解决方案，为整个行业的进步和电动汽车的竞争力的增强，提供非常大的贡献和价值。磷酸铁锂和铁锰锂的下一步，是开发快充能力，目前的高性价比产品是配置1.6C快充能力，下一步开发2C-2.2C的铁锂，然后往4C方向上开发磷酸铁锂。
●高镍电芯开发
围绕低成本磷酸铁锂技术路线的出现，会逼着三元进一步向上，也会逼着无钴进一步向上，通过提高高镍的克容量和提中镍的电压，2022年上半年量产4.4V高电压产品和2022年年底（或者2023年初）无钴4.4的产品也会推出。这个技术方向上面，首先可以配合快充的设计，实现高性能电池的路线。
▲图7.围绕短刀的设计，主要迭代的是性能
做电池有意思的地方，就是产品一直在进化：产线通过不断的升级，改进效率和良品率。平台化可以适应多数客户的Pack设计，这是产品灵活性所带来的。
随着2021年新能源汽车市场的狂飙突进，2022年电池成本受到上游原材料上涨不断提升，这需要电池厂家和车企一起来承担，而2022年能看到新能源汽车的产品结构可能会有所调整。
目前每个电池公司面临的成本压力都是非常大的，但是这种压力是阶段性的压力，随着天气变暖，上游供给包括盐湖生产供给和矿山的锂的供给会增加，在国内外的共同努力下会得到逐渐的缓解。
在从材料端来看，蜂巢能源从2021年年中开始做了大量的行动，包括上游的一些原材料的锁定（锁量、包销、预付），有铺垫以后，整体材料供应能满足2022年全年的需求量。在成本的控制上要多重并举：除了提早地锁定一些原材料买进之外，还要做技术创新来降低成本——国产原材料的替代，新化学体系的使用，通过调整结构吸收一些成本的上涨。
预计在2022年，相比去年，蜂巢能源的磷酸铁锂比重会增加（超过50%），短刀电芯的比例也会增加。现在全球规模（300GWh）不是很大的情况下，供应链都已经出现了比较大的供应风险和挑战，未来成几倍，十倍的增长，到TWh时代电池材料的供应挑战会更大。从长远来看，蜂巢能源会自制一部分核心的原材料，并对上游原材料端进行一些投资，会对下一代电池技术的原材料进行一些投资。
从设备端来看，电池公司80%的投资是设备，需要以更高的生产效率和更智能化的，少人化的产线的设计，来规避未来人工成本上涨，来规避制造成本高的问题，同时做了柔性化的高效产线设计，短刀产线兼容300-500多毫米。电池制造过程中产生的海量数据如何利用起来，对提升产品质量，缩短制成周期都有非常大的好处。蜂巢能源专门做AI智能制造的落地，在电芯制造精益上做文章。
另外，蜂巢能源很有意思的是人才战略，随着品牌影响力的提升和规模扩大，本身公司开放，具有新势力思维的企业文化，在人才招引说是比较成功的。对于员工的激励，不只是围绕薪水，包括合伙人制度的推进、员工持股等措施其实都能让企业的发展更稳定。
小结：电池做到现在，对一个企业从技术、设备、上游材料和人才全方面提出了要求，随着车企的入局，整个电池产业会呈现出我们之前看不到的多元化色彩。
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蜂巢能源近日举办了一次小规模的金坛工厂参观活动，主要介绍短刀电池的智能制造过程，我整理分享一下我看到的内容。
蜂巢能源的短刀电芯产品，首次出现是在2019年4月上海汽车展上，然后在2021年底蜂巢能源发布“领蜂600”全域短刀化后占据了产品序列的C位，这次在蜂巢能源二期短刀电池工厂，“短刀”电池量产线落地，年产能为2.5GWh。
▲图1.短刀磷酸铁锂的生产落地
Part 1
短刀的生产过程
在二期工厂的8GWh产能里，铁锂和三元（含无钴）大概占了一半。预计2022年，在各个电池企业里面铁锂估计占比都在50%以上。
现场可以看到，锂电池的第一道生产工序匀浆也是按这个比例安排的，单个2300L大容量双行星搅拌设备，每罐浆料对应600KWh（纯电动车10辆左右）——这部分其实和电池的最终形态没直接的关系。
▲图2.现场看到的化学体系的比例
比较明显的是第二道的涂布工艺，短刀电池的长度（近600mm）比普通电芯（148mm或者220mm）更长，涂布的宽幅、速度、精度决定了电池极片生产的效率和品质。在现场能看到1400mm超宽幅涂布机，一次出两列，涂布速度也非常高（80m/min）。幅度宽了，为了保证涂布精度，需要在涂布设备上设置三套β射线在线面密度检测系统和两套CCD实时涂宽检测系统，来实现数据实时检测和控制，保证涂布的自动闭环管控（面密度控制在±1.5%以内，正反面错位≤0.5mm）。
▲图3.短刀相比之前的宽幅涂布有很大的变化
在辊压工序中，整体工艺没有很大的差异，由于幅度比较宽，通过正极热辊压，负极双辊连续滚轧，在辊压机上进行电磁加热、红外线在线烘烤、在线激光测厚、废料边去除等技术集成，效率还是有很大的提升。
在模切工序，蜂巢能源应用了激光模切，节省模具投入和设备维护的费用，模切效率也得到40%的提升（30m/min提升至40-50m/min）。
在这里的最大挑战是激光过程产生的毛刺，需要检测层面非常精细化的算法。下一步产线的提升，主要依靠卷对卷模切+切叠一体设备，在工艺层面进行集成。
对于刀片系列的电池而言，某种意义上是从软包进化过来的（叠片工艺的电池生产），叠片速度一直是行业痛点，在这里看到的是双工位叠片效率高达0.4s/片，已研发完成的下一代超高速刀片式电芯极组成型设备，叠片效率可以做到0.125s/片，配合电芯的设计可以在电芯封装层面，对于卷绕极组成形效率形成实质性的挑战。
▲图4.高速叠片机
软包的电芯厚度瓶颈，在刀片设计的理念下，其实突破了。所以这颗磷酸铁锂的电芯，在21mm的厚度下达到了184Ah，还有进一步增长的空间。
▲图5.双卷芯的设计9mm合成21mm的厚度电芯
从生产的过程来看，二期工厂相比于之前看到的一期，在细节上有很多的改进，主要是兼容性方面：二期兼容了VDA、短刀两种不同的设备，在细节方面诸如传输设备方面作了改进，特别是导入了卷芯磁悬浮的物流体系，加上改进的AGV运输物流，极大的提高了节拍和效率。在参观过程中，工厂配置的人员又少了很多，而加入了更多的检测手段，通过强大的软件系统和数据分析来提高工艺直通率，变得更加智能化了。
走低成本，高体积利用率的路线，从VDA电芯一路演化到刀片，整体的卷芯到Pack效率还是非常靠前的。从目前来看，围绕电芯层面的革新，比围绕Pack结构的设计，能够使得电芯在制造层面的成本的降低，在Pack层面也会提高成组效率，降低电池系统的重量（能量密度提高），而且Pack内部的零部件数量减少，特别是相关结构件的减少，有效实现电池系统的成本目标。最终，电池安全性能也会进一步提升——对于方壳而言，薄的电池相对更安全。如果不往宽度方向做文章，往厚度扩展，对于电池安全的影响是很大的（散热面小，热导不出来，内外部的温差大）。
▲图6.刀片电芯的成组率，真的是非常高效的
Part 2
技术发展方向
●围绕全域短刀电芯的迭代
在技术交流环节，比较有意思的话题就是围绕短刀电池的进化。
由于目前磷酸铁锂材料技术的进展，可以在工艺环节和材料环节做进一步迭代。对于电池企业来说，最喜欢的进化方向就是这样：在电池生产线，电芯尺寸、电池系统和整车接口，什么都不需要变，直接能通过多迭代实现能量密度上5%、10%的升级。
蜂巢能源在短刀电池升级的路径上，不管是磷酸铁锂混磷酸锰铁锂，还是磷酸锰铁锂混三元，都在同时进行开发。今年底到明年还会陆续推出第二代和第三代，能量密度也将进一步提升。
从研发逻辑上来看，原材料的来源非常广泛，是更好的解决方案，为整个行业的进步和电动汽车的竞争力的增强，提供非常大的贡献和价值。磷酸铁锂和铁锰锂的下一步，是开发快充能力，目前的高性价比产品是配置1.6C快充能力，下一步开发2C-2.2C的铁锂，然后往4C方向上开发磷酸铁锂。
●高镍电芯开发
围绕低成本磷酸铁锂技术路线的出现，会逼着三元进一步向上，也会逼着无钴进一步向上，通过提高高镍的克容量和提中镍的电压，2022年上半年量产4.4V高电压产品和2022年年底（或者2023年初）无钴4.4的产品也会推出。这个技术方向上面，首先可以配合快充的设计，实现高性能电池的路线。
▲图7.围绕短刀的设计，主要迭代的是性能
做电池有意思的地方，就是产品一直在进化：产线通过不断的升级，改进效率和良品率。平台化可以适应多数客户的Pack设计，这是产品灵活性所带来的。
随着2021年新能源汽车市场的狂飙突进，2022年电池成本受到上游原材料上涨不断提升，这需要电池厂家和车企一起来承担，而2022年能看到新能源汽车的产品结构可能会有所调整。
目前每个电池公司面临的成本压力都是非常大的，但是这种压力是阶段性的压力，随着天气变暖，上游供给包括盐湖生产供给和矿山的锂的供给会增加，在国内外的共同努力下会得到逐渐的缓解。
在从材料端来看，蜂巢能源从2021年年中开始做了大量的行动，包括上游的一些原材料的锁定（锁量、包销、预付），有铺垫以后，整体材料供应能满足2022年全年的需求量。在成本的控制上要多重并举：除了提早地锁定一些原材料买进之外，还要做技术创新来降低成本——国产原材料的替代，新化学体系的使用，通过调整结构吸收一些成本的上涨。
预计在2022年，相比去年，蜂巢能源的磷酸铁锂比重会增加（超过50%），短刀电芯的比例也会增加。现在全球规模（300GWh）不是很大的情况下，供应链都已经出现了比较大的供应风险和挑战，未来成几倍，十倍的增长，到TWh时代电池材料的供应挑战会更大。从长远来看，蜂巢能源会自制一部分核心的原材料，并对上游原材料端进行一些投资，会对下一代电池技术的原材料进行一些投资。
从设备端来看，电池公司80%的投资是设备，需要以更高的生产效率和更智能化的，少人化的产线的设计，来规避未来人工成本上涨，来规避制造成本高的问题，同时做了柔性化的高效产线设计，短刀产线兼容300-500多毫米。电池制造过程中产生的海量数据如何利用起来，对提升产品质量，缩短制成周期都有非常大的好处。蜂巢能源专门做AI智能制造的落地，在电芯制造精益上做文章。
另外，蜂巢能源很有意思的是人才战略，随着品牌影响力的提升和规模扩大，本身公司开放，具有新势力思维的企业文化，在人才招引说是比较成功的。对于员工的激励，不只是围绕薪水，包括合伙人制度的推进、员工持股等措施其实都能让企业的发展更稳定。
小结：电池做到现在，对一个企业从技术、设备、上游材料和人才全方面提出了要求，随着车企的入局，整个电池产业会呈现出我们之前看不到的多元化色彩。
【替代燃料汽车国家工程实验室：助力重庆打造“氢能生态圈”】
重庆之声6月8日讯 成功加工1个零部件需要7-8小时，甚至10余小时；加工20个样件，只有1个合格，其余19个全部报废……这一幕就发生在位于两江新区的替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）。研发人员所做的事，正与汽车产业的下一个风口——氢能源汽车息息相关。
作为重庆市氢燃料电池汽车产业试点示范区，两江新区正在加快布局氢能源领域，而作为重要的汽车产业科研平台，替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）正在积极向氢能源方向转型，助力重庆甚至全国打造“氢能生态圈”。
替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）依托于中国汽车工程研究院股份有限公司组建，系国地联建工程实验室。实验室主要有发动机测试评价技术、替代燃料汽车关键技术及产业化应用、替代燃料发动机关键零部件核心技术及产业化应用三个研究方向。目前，实验室已成为一个综合实力国内一流的替代燃料汽车测试、研发中心，为替代燃料汽车的开发、试验研究、产品规模化生产服务。
从天然气到氢能源的转型
“目前，全国氢能源汽车的保有量不足1万台。”替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）技术中心主任葛晓成说，与新能源电动车或燃油车相比，氢燃料汽车目前的市场占有率显得凤毛麟角，但却是汽车产业未来发展的重大趋势之一。
2019年6月，《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》正式发布，其中指出，氢能定将成为中国能源体系的重要组成部分，预计到2050年，氢能在中国的能源体系中占比将达10%左右，其中氢气需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元；2019年1月，重庆出台了《关于加快汽车产业转型升级的指导意见》等政策措施，明确提出要大力发展燃料电池汽车，以及燃料电池；2020年3月，重庆发布《重庆市氢燃料电池汽车产业发展指导意见》，其中提到，到2025年产业集群进一步壮大，重庆要基本形成氢燃料电池汽车全产业链竞争优势，成为具有全国影响力的氢燃料电池汽车产业基地。
当“碳减排”成为全球课题，氢能源被纳入了国家战略性新兴产业。2019年，替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）（ 以下简称“实验室”）承接了重庆市课题“燃料电池氢系统关键零部件开发及应用”。这标志着实验室的重要研究方向从天然气开始向氢能源转型。
氢能源的优势和难题
氢能源到底有何优势，成为业界公认的“终极能源”？“它（氢能源汽车）比燃油车环保，特别在重型商用车领域，比纯电动车加氢时间短、续驶里程长等优势。”葛晓成说，氢能源汽车很好地补齐了这一车用领域的短板。
据葛晓成介绍，氢能源的优势主要体现在三个方面：一是氢气的能量密度可以比电池更大，采用高压或液氢的储氢系统，可以达到很高的续航；二是加氢快，加注一罐氢只需要三到五分钟，比充电更快；第三是氢气是最洁净的能源，氢燃料电池的反应产物只有水，实现了真正意义上的无污染、零排放。
“举个例子，如果重型卡车使用氢能源作为燃料，充一次氢就可以保证七八百公里的续航，而且不用装非常大的锂电池，可以减轻整车质量，同时也减小了车辆的能耗。”葛晓成说，“加氢十分钟，畅行数百里”正在成为现实。
然而，在向氢能源转型的过程中，实验室也遇到了不少难题。“大量研发费用和研发人员的投入，是笔不小的‘开销’。”葛晓成说，在项目还未实现产业化之前，实验室只能靠政府《研发投入准备金补助》的支持，重庆市科委课题市级专项经费的拨付，以及公司其他平台的收益进行“反哺”来解决实验室在资金上的困难。
在技术层面，氢能源汽车的关键零部件技术研发也存在一些瓶颈。氢气压力高，分子小，容易发生泄漏；密封困难；对零部件的材质要求高，不能与氢气发生化学反应，不能产生氢脆现象；对零部件的加工精度和零部件之间的配合间隙要求非常高；由于部分零部件高速运转，采用机油润滑和降温，很容易出现漏油问题。“目前，氢能源汽车的关键技术大多被国外垄断，实现关键零部件的国产化还有很长一段路要走，需要沉下去做基础研究。”葛晓成说。
0.3毫米的考验
事实上，实验室也正在沉下去做基础研究。在关键零部件的研发过程中，团队成员不断突破各种难题。
氢气循环泵是氢燃料电池发动机的关键零部件，发挥着循环多余氢气、确保氢气再安全利用等重要作用。对于氢气循环泵而言，要做到密封设计好、耐水性强、流量大、压力输出稳定等目标，技术难度相较于传统增压泵要高很多。
“0.3毫米。”当谈到氢循环泵的研发难度，葛晓成说，氢循环泵的爪和泵体间隙只有0.3毫米，这个对子零件的同轴度、垂直度和平面度要求非常高。特别是在样件设计开发阶段，产品没有定型，这0.3毫米的间隙也是在很多次试装过程中、高低温性能试验过程中摸索出来的数据。这就出现了文章开头的那一幕——加工一个氢循环泵需要7-8小时，甚至10余小时；20个样件可能只有1件合格。
“累积的经验都是‘血的教训’。”葛晓成说，由于氢循环泵的爪非常锋利，几乎所有参与研发人员的手都被划伤过。0.3毫米的考验中，每个研发人员都像“匠人”一样，保持着对科研工作的初心和坚持。
建“氢能联盟”形成全产业链
在葛晓成看来，氢能源不仅能应用于汽车领域，在发电、储能等领域都大有可为，而实验室正在做的事情，正是一场伟大的“能源革命”。
今年，实验室的工作计划是完成氢能源汽车关键零部件（氢减压器、循环泵）的开发并实现产业化应用，平台实现从天然气汽车市场成功转型至氢能源汽车市场。
“我们也需要与加氢站、电堆厂家等实现更多地沟通交流。”葛晓成说，只有在政府引领下，市场积极参与，各相关产业建立起“氢能联盟”，才能更客观地了解行业布局、动态，更好地实现氢能源汽车国产化，形成氢能源全产业链，助推重庆以及全国打造可持续发展的“氢能生态圈”。
两江新区氢能产业发展步入快车道
瞄准新能源汽车发展和“碳中和”发展的风口，在氢能源产业上，两江新区正在下一盘大棋。
2019年，总投资10亿建氢燃料电池系统与核心部件生产基地签约落户两江新区，这是两江新区为发展氢能源产业招商引入的龙头企业。
2020年，两江新区以“云签约”的方式引入明天氢能氢燃料电池项目，该项目在两江新区建设其西南工程中心及氢能燃料电池系统及核心部件研发和生产基地，此外，新区还引进布局了海德利森、江苏清能氢能等重点氢能产业链企业，力争打通产业链上下游，尽快形成规模优势。
2020年11月，上汽红岩首款氢能市政环卫车在两江新区正式发布。
2021年3月，国内首个国家氢能动力质量监督检验中心在两江新区动工建设，将有效填补我国国家级氢能检测机构的空白，助力我国汽车产业的提档升级。
2021年4月8日，我市首批加氢站集中开工建设。此次开工建设的加氢站有3座，其中2座落地在两江新区，分别为中国石油重庆销售公司两江新区双溪综合能源站、鱼嘴综合能源站。
下一步，两江新区还将深度探索技术、机制、商业模式创新，发挥两江汽车产业优势，抓好全球氢能产业发展契机，加快形成制氢、储氢、运氢以及氢燃料电池系统、关键核心零部件、氢燃料电池整车生产的产业集群，打造中国氢能源产业发展高地。
（重庆之声记者张婷婷，两江新区供图）
重庆之声6月8日讯 成功加工1个零部件需要7-8小时，甚至10余小时；加工20个样件，只有1个合格，其余19个全部报废……这一幕就发生在位于两江新区的替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）。研发人员所做的事，正与汽车产业的下一个风口——氢能源汽车息息相关。
作为重庆市氢燃料电池汽车产业试点示范区，两江新区正在加快布局氢能源领域，而作为重要的汽车产业科研平台，替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）正在积极向氢能源方向转型，助力重庆甚至全国打造“氢能生态圈”。
替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）依托于中国汽车工程研究院股份有限公司组建，系国地联建工程实验室。实验室主要有发动机测试评价技术、替代燃料汽车关键技术及产业化应用、替代燃料发动机关键零部件核心技术及产业化应用三个研究方向。目前，实验室已成为一个综合实力国内一流的替代燃料汽车测试、研发中心，为替代燃料汽车的开发、试验研究、产品规模化生产服务。
从天然气到氢能源的转型
“目前，全国氢能源汽车的保有量不足1万台。”替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）技术中心主任葛晓成说，与新能源电动车或燃油车相比，氢燃料汽车目前的市场占有率显得凤毛麟角，但却是汽车产业未来发展的重大趋势之一。
2019年6月，《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》正式发布，其中指出，氢能定将成为中国能源体系的重要组成部分，预计到2050年，氢能在中国的能源体系中占比将达10%左右，其中氢气需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元；2019年1月，重庆出台了《关于加快汽车产业转型升级的指导意见》等政策措施，明确提出要大力发展燃料电池汽车，以及燃料电池；2020年3月，重庆发布《重庆市氢燃料电池汽车产业发展指导意见》，其中提到，到2025年产业集群进一步壮大，重庆要基本形成氢燃料电池汽车全产业链竞争优势，成为具有全国影响力的氢燃料电池汽车产业基地。
当“碳减排”成为全球课题，氢能源被纳入了国家战略性新兴产业。2019年，替代燃料汽车国家工程实验室（重庆）（ 以下简称“实验室”）承接了重庆市课题“燃料电池氢系统关键零部件开发及应用”。这标志着实验室的重要研究方向从天然气开始向氢能源转型。
氢能源的优势和难题
氢能源到底有何优势，成为业界公认的“终极能源”？“它（氢能源汽车）比燃油车环保，特别在重型商用车领域，比纯电动车加氢时间短、续驶里程长等优势。”葛晓成说，氢能源汽车很好地补齐了这一车用领域的短板。
据葛晓成介绍，氢能源的优势主要体现在三个方面：一是氢气的能量密度可以比电池更大，采用高压或液氢的储氢系统，可以达到很高的续航；二是加氢快，加注一罐氢只需要三到五分钟，比充电更快；第三是氢气是最洁净的能源，氢燃料电池的反应产物只有水，实现了真正意义上的无污染、零排放。
“举个例子，如果重型卡车使用氢能源作为燃料，充一次氢就可以保证七八百公里的续航，而且不用装非常大的锂电池，可以减轻整车质量，同时也减小了车辆的能耗。”葛晓成说，“加氢十分钟，畅行数百里”正在成为现实。
然而，在向氢能源转型的过程中，实验室也遇到了不少难题。“大量研发费用和研发人员的投入，是笔不小的‘开销’。”葛晓成说，在项目还未实现产业化之前，实验室只能靠政府《研发投入准备金补助》的支持，重庆市科委课题市级专项经费的拨付，以及公司其他平台的收益进行“反哺”来解决实验室在资金上的困难。
在技术层面，氢能源汽车的关键零部件技术研发也存在一些瓶颈。氢气压力高，分子小，容易发生泄漏；密封困难；对零部件的材质要求高，不能与氢气发生化学反应，不能产生氢脆现象；对零部件的加工精度和零部件之间的配合间隙要求非常高；由于部分零部件高速运转，采用机油润滑和降温，很容易出现漏油问题。“目前，氢能源汽车的关键技术大多被国外垄断，实现关键零部件的国产化还有很长一段路要走，需要沉下去做基础研究。”葛晓成说。
0.3毫米的考验
事实上，实验室也正在沉下去做基础研究。在关键零部件的研发过程中，团队成员不断突破各种难题。
氢气循环泵是氢燃料电池发动机的关键零部件，发挥着循环多余氢气、确保氢气再安全利用等重要作用。对于氢气循环泵而言，要做到密封设计好、耐水性强、流量大、压力输出稳定等目标，技术难度相较于传统增压泵要高很多。
“0.3毫米。”当谈到氢循环泵的研发难度，葛晓成说，氢循环泵的爪和泵体间隙只有0.3毫米，这个对子零件的同轴度、垂直度和平面度要求非常高。特别是在样件设计开发阶段，产品没有定型，这0.3毫米的间隙也是在很多次试装过程中、高低温性能试验过程中摸索出来的数据。这就出现了文章开头的那一幕——加工一个氢循环泵需要7-8小时，甚至10余小时；20个样件可能只有1件合格。
“累积的经验都是‘血的教训’。”葛晓成说，由于氢循环泵的爪非常锋利，几乎所有参与研发人员的手都被划伤过。0.3毫米的考验中，每个研发人员都像“匠人”一样，保持着对科研工作的初心和坚持。
建“氢能联盟”形成全产业链
在葛晓成看来，氢能源不仅能应用于汽车领域，在发电、储能等领域都大有可为，而实验室正在做的事情，正是一场伟大的“能源革命”。
今年，实验室的工作计划是完成氢能源汽车关键零部件（氢减压器、循环泵）的开发并实现产业化应用，平台实现从天然气汽车市场成功转型至氢能源汽车市场。
“我们也需要与加氢站、电堆厂家等实现更多地沟通交流。”葛晓成说，只有在政府引领下，市场积极参与，各相关产业建立起“氢能联盟”，才能更客观地了解行业布局、动态，更好地实现氢能源汽车国产化，形成氢能源全产业链，助推重庆以及全国打造可持续发展的“氢能生态圈”。
两江新区氢能产业发展步入快车道
瞄准新能源汽车发展和“碳中和”发展的风口，在氢能源产业上，两江新区正在下一盘大棋。
2019年，总投资10亿建氢燃料电池系统与核心部件生产基地签约落户两江新区，这是两江新区为发展氢能源产业招商引入的龙头企业。
2020年，两江新区以“云签约”的方式引入明天氢能氢燃料电池项目，该项目在两江新区建设其西南工程中心及氢能燃料电池系统及核心部件研发和生产基地，此外，新区还引进布局了海德利森、江苏清能氢能等重点氢能产业链企业，力争打通产业链上下游，尽快形成规模优势。
2020年11月，上汽红岩首款氢能市政环卫车在两江新区正式发布。
2021年3月，国内首个国家氢能动力质量监督检验中心在两江新区动工建设，将有效填补我国国家级氢能检测机构的空白，助力我国汽车产业的提档升级。
2021年4月8日，我市首批加氢站集中开工建设。此次开工建设的加氢站有3座，其中2座落地在两江新区，分别为中国石油重庆销售公司两江新区双溪综合能源站、鱼嘴综合能源站。
下一步，两江新区还将深度探索技术、机制、商业模式创新，发挥两江汽车产业优势，抓好全球氢能产业发展契机，加快形成制氢、储氢、运氢以及氢燃料电池系统、关键核心零部件、氢燃料电池整车生产的产业集群，打造中国氢能源产业发展高地。
（重庆之声记者张婷婷，两江新区供图）
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