西部材料工作人员在实验室里忙碌着。

 ■记者 康乔娜                                                          

 “载重10公斤、续航2小时,这还只是35兆帕氢气罐的水平,换成70兆帕,能飞5小时,如果用液氢的话,续航按天算!”7月25日,西部金属材料股份有限公司(以下简称“西部材料”)联合技术中心主任助理、氢能事业部负责人李禹辰介绍氢能无人机时,语气中难掩自豪。

 这架看似普通的无人机背后,藏着西安氢能产业突破瓶颈的关键——以钛材料为核心的氢燃料电池技术,破解了相关产品成本高、寿命短的行业难题。依托自身在稀有金属加工领域的优势,西部材料在氢能制取与应用的关键领域实现了技术突破。

 从实验室到产业链

 钛材料重构氢能核心部件

 7月25日,记者走进西部材料的生产车间,0.1毫米厚的钛箔材在流水线上轻盈流转。

 “氢燃料电池的核心部件双极板,就靠这种箔材冲压而成。”西部材料氢能事业部箔材项目负责人师明杰负责钛及钛合金箔带材的新产品研发工作,他拿起一片钛箔解释道,钛的密度约4.5克/立方厘米,比不锈钢轻了约50%。相同电堆用钛双极板,无人机能多载约30%的货物,续航提升50%以上。

 在制氢环节,西部材料的创新成效更为突出——针对质子交换膜(PEM)电解水制氢设备,团队开发的冲压钛极板,用0.3-0.5毫米钛板替代传统2-3毫米厚的蚀刻钛板,材料成本直降约75%,在解决高质量钛基材和冲压工艺难题后,钛极板价格可降低90%以上,让核心部件价格“打一折”。

 值得一提的是,西部材料“三峰结构”复合气体扩散层,将钛粉末与纤维毡完美结合,既解决了传统材料“强度高则孔隙率低、传质效率高则易变形”的难题,又让电堆电流密度显著提升,使西部材料成为业内唯一能批量供应大尺寸微孔扩散层的企业。

 记者了解到,AEM电解水是备受关注的前沿制氢技术。在这一领域,西部材料同样拿出了“西安方案”。

 “传统镍板翘曲度普遍在2-3毫米以上,客户组装电堆时要把数百片压平贴合在一起,组装难度很大且一次组装成功率极低,而我们通过特殊工艺将板材的翘曲度降至0.5毫米以内,大幅提升装堆效率,客户一次装堆成功率提高至70%以上。”西部材料电解水项目负责人高建平展示的高平整度镍板上,密布着微米级细孔,高建平说,“还有这复合泡沫镍,用多孔传输层做功能层,普通泡沫镍做结构层,性能追平昂贵的镍毡,价格却降低近一半。”

 从海绵钛到电堆

 全产业链参与让成本“瘦身”更有底气

 “国内氢燃料电池发展遇到的问题,不仅涉及技术领域,更包括产业链协同。”在西部材料氢能委员会主任刘咏看来,行业痛点的根源,在于上下游“各管一段”。

 “做钛材的不懂燃料电池需求,做电堆的拿不到适配的钛部件。镀膜镀不上,冲压就开裂,最后互相扯皮。”刘咏说。

 西部材料的破局之道,是打通从海绵钛到氢燃料电池、电解水电堆核心零部件的全产业链。

 刘咏自豪地说:“我们是全球唯一一家从海绵钛到钛的双极板,全流程自主可控的氢燃料电池关键零部件供应商,可以为相关企业提供一体化解决方案。”

 事实证明,这种全链条参与,让成本控制有了更足的底气。

 刘咏坦言,国内钛材市场竞争激烈,大家经常打价格战,较少寻找新的市场应用和出路。“我们在氢能源领域应用钛材恰好解决了这个问题,尤其是我们现在制定了很多标准。比如,氢燃料电池里使用钛材应该遵循的标准,甚至包括氢燃料电池的一些标准。标准制定完成后,钛材可以更好地应用到氢能领域的各类产品中。”刘咏说。

 目前,西部材料与下游各头部氢燃料电池企业建立了密切的合作关系,通过这些合作,逐渐扩大双极板和气体扩散层等产品的规模。“十五五”期间,双极板产能规模计划达到1000万片,气体扩散层产能规模预计达到5万平方米。

 从人才到技术

 西安优势助力氢能产业“加速跑”

 “陕西钛加工量占全国约60%,但长期‘两头在外’——原料在外、市场在外。”在李禹辰看来,这曾是本地钛产业的痛点。

 而氢能的兴起,让西安找到了破局的突破口。

 当发现电解槽中约70%的成本来自钛部件时,西部材料毅然投入数千万元研发资金,依托西安人才密集、技术领先的特点,将钛加工优势延伸到氢能终端产品应用领域。

 实验室里,西部材料研发工程师李士玲对钛双极板空冷电堆进行性能测试,她的工作目的是“让每克钛都能释放最大能量”。

 李士玲告诉记者,钛双极板对氢燃料电池的促进作用显著,与石墨双极板相比,钛双极板能减轻电堆重量,提升储能续航能力,在车载使用中抗震能力更强,也更稳定。

 目前,西部材料11位博士组成的氢能材料研发团队已攻克多项关键技术难点:抗氢脆铂涂层技术,在不影响性能的前提下降低了铂层厚度,既降低成本又防钛板变形;新型钛合金材料让双极板冲压深度从0.35毫米提升到0.5毫米,让氢气传输效率更高……

 这些突破,吸引多家本地企业合作,共同打造“西安造”大功率氢燃料电池。

 “随着氢燃料电池的普及,我们相信,钛在双极板氢燃料电池中的应用规模将越来越大,成为西安钛材和氢能发展的关键纽带。”刘咏如是说。