近年来,氢燃料电池板以其能量转化率高、排放低、能量和功率密度高等优点,被认为是满足未来能源和环保要求的理想动力源之一。 双极板作为双极板的重要组成部分,在燃料电池工作过程中对二氧化碳、电能、热传导、排水等的分配起着重要作用。 寻找性能优良、成本低廉的双极板新材料和加工方法是燃料电池汽车的关键。 工业化的重要问题。
目前,行业内双极板的种类分为石墨双极板、金属双极板、复合双极板等,目前石墨双极板应用较多,金属双极板也有少量使用。 未来谁将占据市场主流地位,众说纷纭,下面我们一起来看看:
金属双极板功率高、成本低、抗压性好,但耐腐蚀性差、成型工艺困难
自福特问世以来,全球掀起了以金属双极板电堆为核心的燃料电池热潮,涌现出不少国外金属双极板厂商。 考察期间,高工氢电深入国外多家金属双极板生产企业。 在了解他们技术发展的同时,他们还与相关企业就目前金属双极板的市场发展情况进行了交流。
金属双极板具有优良的导电性、导热性、可加工性、致密性、硬度高、阻气性好等优点。 它们可以为车辆应用提供良好的功率密度和低温(-40°C)启动保证,适合大批量低成本生产。 考虑到汽车的空间限制,金属双极板被国内外车企,尤其是乘用车企业寄予厚望。
广州智臻总经理蓝树怀博士认为:“从技术角度来说,金属双极板的产品一致性和残余偏斜控制尤为关键。微观上,金属双极板基板上只有少量晶体在尺度上属于细观微尺度成型过程,因此在注塑过程中,金属板上微细流道的形成主要是通过局部拉伸和蚀刻来实现的,且物料流量特别小,因此物料断裂和回弹难以控制,在大批量生产的要求下,注塑工艺的公差精度保证和流道成型一致性的控制变得尤为重要”
另一个业内人士阐述最多的是金属双极板的表面改性。 金属双极板在燃料电池的工作环境中面临着腐蚀问题,需要进行表面涂层以满足燃料电池常年稳定运行的需要。
北京优格CEO王永飞表示:“金属的耐腐蚀性较弱,同时质子交换膜轻微降解,生成水的PH值呈弱碱性,会导致表面氧化膜金属双极板的氧电极侧加厚,提高电池的性能。基于这些情况,可以采用纳米包覆的方法,使其在微观上连续致密,并与碳化物很好地结合,从而使可以更好地发挥金属双极板的性能。”
此外,在重点发展金属双极板核心工艺的同时,还需要关注与下游电堆的整体“匹配度”。
爱德曼CEO龚靖表示:“公司核心研发团队发现,要使燃料电池核心部件的效益最大化,必须形成完整的设计理念。在设计电极板时,材料选择“膜电极也必须考虑。设计,从电极板,膜电极,电池组组装到系统的垂直设计,可以是全面的,使其成为最佳匹配和最高效率。”
然而,虽然国外金属双极板的技术开发难点已逐步攻克,但真正阻碍金属双极板产品进一步发展的是市场限制。 众所周知,我国以商用车为切入点研发了燃料电池板,迄今取得了突出的成绩。 然而,对于金属双极板来说,乘用车才是最好的“家”。
多家金属双极板厂商表示,即使自家产品能够得到主机厂的青睐,但能装车实际运行的产品寥寥无几,或者运行时间和里程不足以支撑厂商进行数据分析完成产品升级迭代。 不过,这并不影响金属双极板厂商的信心。 大多数企业依然选择坚守此前的“进入市场的初衷”,希望行业在未来有更好的发展。
石墨双极板耐腐蚀性强,导电导热性能好,但气密性差,成本高,加工时间长
与金属双极板相比,得益于国家新政策的发展趋势,在国外得到了广泛应用。
从高工产研对省内主要氢燃料电池电堆及系统企业的检测结果来看,我国氢燃料电池电堆主要采用石墨双极板,单电堆额定功率为30kW。 其中大部分主要用于商用车。 在高新氢电之旅中,我们深入走访了多家国外石墨双极板企业,分析了一系列技术和市场问题。
俗话说,家家有难念的经文,石墨双极板也是如此。 虽然目前市场对石墨双极板的需求量很大,但差距问题、成本问题、加工时间问题仍然需要确定。
对此,北京鸿骏以特殊真空压力的形式对石墨双极板进行浸渍处理,减少了制造过程中的气孔问题。 通过特殊的浸渍工艺和氨水,将石墨双极板密封,大大降低了孔隙率。 在加工工艺方面,CNC设备和CNC加工设备主要用于精加工、流场设计和精雕。
在体积方面,北京宏峰研发的薄型石墨双极板大大降低了燃料电池电堆的体积和重量,产品远销英国、加拿大、意大利、韩国等国家。 其超薄石墨双极板一问世就引起了业界的广泛关注,但由于石墨双极板本身材质“脆”,太薄的石墨双极板无法承受车辆在实际环境中。 操作中的回退还有待研究。
据悉,由于目前企业大多采用机械加工方式生产石墨双极板,加工周期过长。 为此,也有国外企业通过冲压开模的方式缩短生产时间,提高产值。 嘉宇炭素就是其中之一。 该公司在开模用石墨粉中加入特定的结合剂,但使用这些方法必须适当控制原材料,否则容易出现导电性差、硬度不够、变形等问题。
纵观目前的石墨双极板生产企业,不难发现,国外企业大多靠石墨产品发家,真正进入燃料电池领域的时间集中在2006年至2011年之间,随后又拿下了市场开发优势。 抢占一定份额。
据了解,石墨双极板在技术和商业化方面都比较成熟,但如果继续采用机械加工的方式,石墨双极板的成本将难以增加,也不容易实现量产。 为了降低成本,可以优化石墨材料,开发性能更好、成本更低的碳基材料,可以成型。
同时,“石墨双极板是否会被金属双极板替代”也是业内热议的话题之一。
对此,北京鸿峰执行总工程师顾爱平表示:“作为核心部件制造商,应该下心于技术开发,把核心技术掌握在自己手中。金属板还是有优势的,但是石墨双极板必将是未来商用车领域的主流。”