近年來,氫燃料電池板以其能量轉化率高、排放低、能量和功率密度高等優點,被認為是滿足未來能源和環保要求的理想動力源之一。 雙極板作為雙極板的重要組成部分,在燃料電池工作過程中對二氧化碳、電能、熱傳導、排水等的分配起著重要作用。 尋找性能優良、成本低廉的雙極板新材料和加工方法是燃料電池汽車的關鍵。 工業化的重要問題。
目前,行業內雙極板的種類分為石墨雙極板、金屬雙極板、復合雙極板等,目前石墨雙極板應用較多,金屬雙極板也有少量使用。 未來誰將占據市場主流地位,眾說紛紜,下面我們一起來看看:
金屬雙極板功率高、成本低、抗壓性好,但耐腐蝕性差、成型工藝困難
自福特問世以來,全球掀起了以金屬雙極板電堆為核心的燃料電池熱潮,涌現出不少國外金屬雙極板廠商。 考察期間,高工氫電深入國外多家金屬雙極板生產企業。 在了解他們技術發展的同時,他們還與相關企業就目前金屬雙極板的市場發展情況進行了交流。
金屬雙極板具有優良的導電性、導熱性、可加工性、致密性、硬度高、阻氣性好等優點。 它們可以為車輛應用提供良好的功率密度和低溫(-40°C)啟動保證,適合大批量低成本生產。 考慮到汽車的空間限制,金屬雙極板被國內外車企,尤其是乘用車企業寄予厚望。
廣州智臻總經理藍樹懷博士認為:“從技術角度來說,金屬雙極板的產品一致性和殘余偏斜控制尤為關鍵。微觀上,金屬雙極板基板上只有少量晶體在尺度上屬于細觀微尺度成型過程,因此在注塑過程中,金屬板上微細流道的形成主要是通過局部拉伸和蝕刻來實現的,且物料流量特別小,因此物料斷裂和回彈難以控制,在大批量生產的要求下,注塑工藝的公差精度保證和流道成型一致性的控制變得尤為重要”
另一個業內人士闡述最多的是金屬雙極板的表面改性。 金屬雙極板在燃料電池的工作環境中面臨著腐蝕問題,需要進行表面涂層以滿足燃料電池常年穩定運行的需要。
北京優格CEO王永飛表示:“金屬的耐腐蝕性較弱,同時質子交換膜輕微降解,生成水的PH值呈弱堿性,會導致表面氧化膜金屬雙極板的氧電極側加厚,提高電池的性能。基于這些情況,可以采用納米包覆的方法,使其在微觀上連續致密,并與碳化物很好地結合,從而使可以更好地發揮金屬雙極板的性能。”
此外,在重點發展金屬雙極板核心工藝的同時,還需要關注與下游電堆的整體“匹配度”。
愛德曼CEO龔靖表示:“公司核心研發團隊發現,要使燃料電池核心部件的效益最大化,必須形成完整的設計理念。在設計電極板時,材料選擇“膜電極也必須考慮。設計,從電極板,膜電極,電池組組裝到系統的垂直設計,可以是全面的,使其成為最佳匹配和最高效率。”
然而,雖然國外金屬雙極板的技術開發難點已逐步攻克,但真正阻礙金屬雙極板產品進一步發展的是市場限制。 眾所周知,我國以商用車為切入點研發了燃料電池板,迄今取得了突出的成績。 然而,對于金屬雙極板來說,乘用車才是最好的“家”。
多家金屬雙極板廠商表示,即使自家產品能夠得到主機廠的青睞,但能裝車實際運行的產品寥寥無幾,或者運行時間和里程不足以支撐廠商進行數據分析完成產品升級迭代。 不過,這并不影響金屬雙極板廠商的信心。 大多數企業依然選擇堅守此前的“進入市場的初衷”,希望行業在未來有更好的發展。
石墨雙極板耐腐蝕性強,導電導熱性能好,但氣密性差,成本高,加工時間長
與金屬雙極板相比,得益于國家新政策的發展趨勢,在國外得到了廣泛應用。
從高工產研對省內主要氫燃料電池電堆及系統企業的檢測結果來看,我國氫燃料電池電堆主要采用石墨雙極板,單電堆額定功率為30kW。 其中大部分主要用于商用車。 在高新氫電之旅中,我們深入走訪了多家國外石墨雙極板企業,分析了一系列技術和市場問題。
俗話說,家家有難念的經文,石墨雙極板也是如此。 雖然目前市場對石墨雙極板的需求量很大,但差距問題、成本問題、加工時間問題仍然需要確定。
對此,北京鴻駿以特殊真空壓力的形式對石墨雙極板進行浸漬處理,減少了制造過程中的氣孔問題。 通過特殊的浸漬工藝和氨水,將石墨雙極板密封,大大降低了孔隙率。 在加工工藝方面,CNC設備和CNC加工設備主要用于精加工、流場設計和精雕。
在體積方面,北京宏峰研發的薄型石墨雙極板大大降低了燃料電池電堆的體積和重量,產品遠銷英國、加拿大、意大利、韓國等國家。 其超薄石墨雙極板一問世就引起了業界的廣泛關注,但由于石墨雙極板本身材質“脆”,太薄的石墨雙極板無法承受車輛在實際環境中。 操作中的回退還有待研究。
據悉,由于目前企業大多采用機械加工方式生產石墨雙極板,加工周期過長。 為此,也有國外企業通過沖壓開模的方式縮短生產時間,提高產值。 嘉宇炭素就是其中之一。 該公司在開模用石墨粉中加入特定的結合劑,但使用這些方法必須適當控制原材料,否則容易出現導電性差、硬度不夠、變形等問題。
縱觀目前的石墨雙極板生產企業,不難發現,國外企業大多靠石墨產品發家,真正進入燃料電池領域的時間集中在2006年至2011年之間,隨后又拿下了市場開發優勢。 搶占一定份額。
據了解,石墨雙極板在技術和商業化方面都比較成熟,但如果繼續采用機械加工的方式,石墨雙極板的成本將難以增加,也不容易實現量產。 為了降低成本,可以優化石墨材料,開發性能更好、成本更低的碳基材料,可以成型。
同時,“石墨雙極板是否會被金屬雙極板替代”也是業內熱議的話題之一。
對此,北京鴻峰執行總工程師顧愛平表示:“作為核心部件制造商,應該下心于技術開發,把核心技術掌握在自己手中。金屬板還是有優勢的,但是石墨雙極板必將是未來商用車領域的主流。”