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能源革命对外开放百家论坛之一八六

氢能篇之—燃料电池关键零部件(上)

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  观点呈现

  为什么要谈零部件?

  为什么要谈零部件?我们传统的燃油汽车都会有一个问题,我们叫零整比,最极端的案例就是奔驰C,零整比是1比13。现在燃料车辆发展确实是很迅猛,但是发展迅猛的原因是因为补贴。为什么说燃料电池补贴实惠呢,是针对于国家,看着50万的补贴,但是燃料电池汽车实打实的就是要花这么多钱,甚至更多。当然还有地方补贴,才能让行业发展。零部件,核心的模组,电堆都贵。因为原材料贵,再加上模具费、物流费用等等。所以说,燃料电池行业的补贴对于国家来说很实惠。

  但是,如果希望市场正常放量的发展,补贴是不可能延续到最后,所以我们就要解决成本问题,什么时候解决成本问题?必须是行业发展到量产化之前解决,如果量产,补贴的硬着落会导致行业的崩溃,所以我们需要提前安排成本问题,如果解决,怎么分步骤解决,这些都很关键。需要我们对整体行业有所认知,了解燃料电池行业的进度和发展,包括成本和效益。零部件必将走向国产化之路。因为现在最核心的电堆已经开始了。

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  观点呈现

  双极板(一)

  双极板(Bipolar Plate),是质子交换膜氢燃料电池的关键零部件,又称集流板,是燃料电池重要部件之一。影响电池的性能和成本,是制约氢燃料电池产业化的瓶颈之一。其类型分为金属双极板、石墨双极板、复合材料双极板。具有下述功能与性质:分隔燃料与氧化剂,阻止气体透过;收集、传导电流,电导率高;设计与加工的流道,可将气体均匀分配到电极的反应层进行电极反应;能排出热量,保持电池温场均匀;耐蚀;抗冲击和震动;厚度薄;重量轻;同时成本低,容易机械加工,适合批量制造等。

  金属双极板由不锈钢、钛合金、铝合金等直接加工而成,具有易加工,导电性强、机械型质佳、成本低、强度高,厚度薄、体积较小、电池的体积比功率与比能量高等优点,是燃料电池双极板制作的良好选择。

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  双极板(二)

  同时,金属双极板也身具短板,其单位密度高,质量功率密度较低,容易发生腐蚀,一方面腐蚀金属离子对催化剂产生毒化作用,金属离子还与质子交换膜发生离子交换,另一方面金属板表面腐蚀形成钝化层,使电极与双极板间的接触电阻增大,降低电池输出功率。金属双极板的制作要经过冲压成型、清洗、焊接、表面涂层四个程序,工艺非常复杂,制作要求非常高。目前,国际燃料电池项目较为流行的乘用车使用的电堆还是以金属双极板为主,更薄的金属板,更大的弯曲强度,更耐变形的特质,使其更适合高压强操作。金属双极板的制作要经过冲压成型、清洗、焊接、表面涂层四个程序,工艺非常复杂,制作要求非常高。新研氢能大同新研氢能源科技有限公司自主研发设计的年产1000台40KW金属板燃料电池电堆自动化生产线就包含了金属双极板冲压、清洗、焊接、镀层的工序。国外主要供应商、研究机构有加拿大Ballard、美国POCO、SHF、Graftech、日本 Fujikura Rubber LTD、英国Bac2,国内有上海喜丽碳素、杭州鑫能石墨、江阴沪江科技、上海弘枫。

  迄今使用最广范的是石墨双极板,一般采用石墨粉、粉碎的焦碳与可石墨化的树脂或沥青混合,在石墨化炉中严格按照一定的升温程序,石墨化,再经切割和研磨,制备厚度为2mm~5mm的石墨板,再通过机加工共用孔道和用电脑刻绘机在其表面刻绘需要的流场。具有材料密度低、质轻、耐腐蚀性能佳、导电性好、化学性质稳定、与膜电极(MEA)之间接触电阻小等优点,成为较早的被双极板使用的材料。同时,石墨双极板脆性物质,易造成组装难度,厚度不易做薄;一般烧结成多孔性板,需添加添加物;石墨化时间长,机械加工难,价格昂贵,制备工艺复杂、耗时长、费用高,难以实现批量生产,其可制造性、阻气性和耐久性远不如金属性材料。目前,国内生产石墨双极板制备工序多,工艺复杂,耗时长,众多石墨双极板的制作厂家开始纷纷转向金属双极板制作。国外主要供应商、研究机构有加拿大Ballard、美国POCO、SHF、Graftech、日本Fujikura Rubber LTD、英国Bac2,国内有上海喜丽碳素、杭州鑫能石墨、江阴沪江科技、上海弘枫。

 
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