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【利元亨 電堆】金屬堆發展新周期下的企業“攻略”

資料表明,金屬闆電堆的壽命并不一定比石墨闆電堆壽命短,同時金屬闆電堆在功率、功率密度、重量、體積、抗振、批量制備、冷啟動等方面優勢明顯。目前國内金屬闆電堆發展迅速,一些性能名額已達到世界先進水準,迎來了産業發展的新周期。

【利元亨 電堆】金屬堆發展新周期下的企業“攻略”

在2021高工氫電年會上,新研氫能首席技術官齊志剛博士發表“金屬闆燃料電池迎來産業發展新周期”的主題演講。齊志剛表示:“我從業燃料電池行業20多年,整個行業技術及工藝水準越來越高,近年來國内在技術、工藝、批量制備、示範運作等方面也進步顯著,但至今燃料電池材料體系沒有根本性的變化,我預計核心材料革命性的突破在短期内不會出現。”

從極闆來看,極闆是電堆中的核心部件,起着隔離流體、導熱導電、支撐膜電極及保持電堆構型等重要作用,是影響電堆性能和壽命的關鍵因素。電堆對極闆的設計要求很高,不能有分子大小的針眼,否則三種流體會互串;除此之外,極闆還要有很好的強度。

燃料電池的運作環境很惡劣:高電壓、高氧化、高濕度,是以抗腐蝕性是很難的問題。多年來,用來制作極闆的材料仍然是石墨或者金屬。将金屬闆與石墨闆相比,除了沒有鍍層時抗腐蝕性比較差,其他的特性都超過石墨材料。

金屬闆的耐蝕性通過表面處理是可以解決的問題,而石墨闆的阻氣性、脆性、抗振差是不易解決的問題。良好的鍍層會使金屬闆電堆的壽命不比石墨闆堆壽命短。事實上,近年來,從新聞報道來看,部分企業在金屬闆壽命上取得了顯著進步,實作從5000小時到10000小時甚至30000小時的“大跨越”。

比如2021年10月,聯合燃料電池系統研發(北京)有限公司及華豐燃料電池有限公司将開始銷售首個在國内面向商用車開發、生産的燃料電池系統“TLPower100”。該系統産品通過在中國本土化的研發,實作了業界頂級的711W/kg、4.9kW/L的高功率密度(額定功率101kW)和3萬小時的超長耐久性。其金屬電堆子產品來自豐田,3萬小時的耐久性幾乎與當下優秀的石墨電堆性能相當。

在做好耐久性的基礎上,金屬闆電堆可以做到更高的功率及功率密度,也可以實作更低的低溫啟動,甚至在零下40度也可以做到無助冷啟動,易于批量生産,滿足車規級要求,更具競争力。

既然金屬闆優點顯著,為何現階段其發展滞後于石墨闆?齊志剛認為,是因為金屬闆的設計與加工制造的難度非常大,與石墨闆比起來不是一個數量級:1、陰極闆與陽極闆高度關聯,不能獨立設計;2、冷卻液流場由陰極流場背面和陽極流場背面組成,無法單獨設計;3、極闆在幾個工序都有變形的可能性:沖壓、 清洗、焊接、鍍層;4、需要考慮闆材的特性與加工難度,不能有分子水準大小的針眼;5、極闆的面積越大,加工難度越大。

但從市場應用來看,2021年金屬闆電堆領域仍然取得了顯著進步。高工産研氫電研究所(GGII)資料顯示,今年金屬闆電堆出貨比重進一步增加。2021年H1已出貨電堆中,石墨(含複合)闆電堆占比55%,金屬闆電堆占比45%。預計今年全年金屬闆電堆有望與石墨(含複合)闆電堆平分市場。

【利元亨 電堆】金屬堆發展新周期下的企業“攻略”

從企業進展來看,參與金屬闆及電堆和系統的企業數量大幅度提升,一些石墨闆相關優勢機關已經轉向金屬闆。

新研氫能是國内金屬闆電堆公司中少數自主掌握了金屬極闆設計、成型、清洗、焊接、防腐鍍層等技術和工藝,以及金屬闆電堆、子產品、系統、測試台和電壓巡檢闆研發制造能力處于國内外先進水準的公司。公司在金屬堆上的技術和工藝鍊條比較完善,從始端的金屬極闆設計到終端的燃料電池系統內建均可獨立完成,有利于成本及生産過程控制。

新研氫能擁有北京新研、大連擎研、大同新研三家子公司,分别側重于金屬極闆設計及電堆研發、燃料電池系統控制內建和測試台、産業基地營運,位于大同的自主研發的金屬闆電堆自動化産線已于2020年4月投産。深厚的技術沉澱、完善的工藝鍊條、出色的測試能力及規模化的産能建設,構築了新研氫能強大的綜合競争優勢。

新研氫能也是以得到了資本方的青睐。今年以北京亦莊國際投資發展有限公司為領頭的新投資方給公司注資,為公司更好更快地發展起到強有力的推動作用。

2021年以來,新研氫能在技術開發上也取得了顯著成果:完成85kW和115kW金屬闆電堆及其相應的70kW和90kW燃料電池系統的開發,利用90kW雙堆結構開發出180kW級燃料電池子產品及其對應的140kW級燃料電池系統;單電池均一性良好,電堆功率密度4.4kW/L,燃料電池子產品的絕緣電阻大幅提升,燃料電池系統的內建度提高、控制邏輯更加完善。

【利元亨 電堆】金屬堆發展新周期下的企業“攻略”

新研氫能2022年極闆電堆和系統規劃:開發額定功率160kW級電堆;完成額定功率200kW電堆用金屬闆設計與驗證;定型并提供50kW、70kW、90kW、110kW、 130kW~150kW燃料電池系統系列産品;開發出大功率電解池測試台。“我們會把工作重點從功率密度轉移到工程化、內建度、可靠性、降成本等方面。”齊志剛說。

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