摘要:模压石墨板将是双极板未来主流的技术路线吗?
燃料电池双极板是电堆中的“骨架”,与膜电极层叠装配成电堆,在燃料电池中起到支撑、收集电流、分配气体的作用,重要性不言而喻。
目前,市场上的燃料电池双极板分为石墨(复合)双极板、金属双极板等类型。其中石墨双极板技术已经较为成熟,在市场应用中占据优势地位。石墨双极板按照加工工艺不同,又分为机加石墨板(CNC加工工艺)和模压石墨板。这两大工艺技术路线相较,模压石墨板在实际装车应用中占比偏高。
“目前国内燃料电池汽车的保有量在1万台左右,在这落地运行的万台车辆中,搭载模压石墨板电堆的占比非常高,远超机加板。”一位国内知名电堆企业人士告诉高工氢电。那么,模压石墨板将是双极板未来主流的技术路线吗?
电堆企业的选择
机加石墨板和模压石墨板的制作工艺各优缺点。CNC加工工艺灵活性好,适应性强,能够相对容易地根据客户需求提供定制化服务,但是这一工艺制作过程复杂,加工周期较长,加工成本在双极板整个成本中占比高,且降本空间有限。
模压石墨板制作优点在于耗时短、效率高,更符合燃料电池商业化大批量生产的要求。不过相对于机加石墨板,这一技术路线在工艺控制及品质把控上的难度要大,并且前期的投入更多。
但在当前实际装车应用中,模压石墨板装机量明显要多于机加石墨板。
高工产研氢电研究所(GGII)数据显示,2021年中国燃料电池电堆出货量为757MW,同比增长128%。国产电堆出货TOP10企业分别是(排名不分先后):国鸿氢能、氢晨科技、神力科技、爱德曼、清能股份、氢璞创能、潍柴动力、国电投氢能、东方氢能、航天氢能(上海)。
这10家企业中,国鸿氢能、神力科技、清能股份、氢璞创能、潍柴动力、东方氢能6家企业出货的电堆类型是石墨(复合)板电堆。其中国鸿氢能、神力科技、潍柴动力、氢璞创能4家企业的电堆类型是模压石墨板电堆。
一位国内知名电堆企业人士也透露,目前国内燃料电池汽车的保有量在1万台左右,其中大部分搭载的是模压石墨板电堆。在实际的装车应用中,模压双极板的占比要高于机加板。
为什么会出现这种局面?这是否意味模压石墨板会是未来的主流路线?
神力科技的声音有一定代表性。神力科技摸索出模压石墨板批量化制备技术与生产工艺,更掌握了核心工艺与核心材料的关键和匹配机制,成功将膨胀石墨、树脂等核心材料和相关设备实现了全面国产化,实现核心技术完全自主。
“这一技术以具备良好导电、导热特性和低密度、耐腐蚀、易于加工成型等诸多优点的柔性石墨为基材,在保持石墨板耐腐蚀特性的基础上,相较于机加工石墨板的厚度、重量大幅下降,非常适合用于高功率密度、长寿命要求的燃料电池电堆,也更适应大规模批量生产趋势。”神力科技总经理戴威博士表示。
苏州赛蓝同时布局石墨双极板电堆和金属双极板电堆,在石墨板工艺路线选择上,选择了模压复合板。“我们基于未来车用市场批量生产的需要,布局的是模压复合板,模压复合板在生产制造方面都能更好地适应未来批量化降本的需要。”该公司首席执行官李兴祥表示。
一位业内人士从经济性的角度指出:“从成本测算看,在模压石墨板的需求量大的前提下,成本优势是非常的明显。目前批量单组模压双极板的成本控制在100元以内没有问题;机加双极板的成本要在这之上。国内押注石墨板路线的主流电堆厂商,目前大都聚焦于模压石墨板,这直接带动了模压石墨板的应用占比。”
双极板企业紧随布局
当前,燃料电池行业处于示范运营阶段,市场对双极板的采购量还不稳定,且大多数是定制化产品。这种情况下,基于CNC加工工艺有灵活好、适应强的特点,以及模压双极板投入大、材料/工艺复杂的实际情况,目前国内多数石墨双极板企业选择的是CNC加工工艺。模压石墨板以电堆企业自产居多。
但是,随着国家示范政策的推进,燃料电池汽车规模化发展提速,原有选择CNC加工工艺的石墨双极板企业也开始着手布局模压石墨板。
弘竣新能源的石墨板一直以CNC加工为主,日前公司相关人士透露,现在已经在研发模压板,并计划在市场爆发前推广出来。“现在燃料电池市场还未真正发展起来,但未来一旦全面爆发,机加工可能因为加工效率的原因无法满足市场需求。我们研发模压板,是做两手准备。”
无独有偶,嘉裕碳素是华南地区最早从事石墨销售和加工配套厂家之一,现在是国内石墨双极板代表企业,其在推广机加板的同时也在布局研发模压石墨板。
石墨板上游供应商(包括设备、材料企业等)也开始将目光转向模压石墨板。
杜科新材料看中模压复合石墨双极板的广阔前景,在复合双极板用胶粘剂的业务基础上进行战略转型,联手汉缆股份成立青岛杜科入局模压复合双极板市场。去年,其自主研发的模压复合石墨双极板面市,产品采用自合成树脂和增强材料、石墨蠕虫混合,辊压成型预成型板,采用快速冷压成型的模压工艺,配套研发的水场和气场粘接密封的用胶方案,拥有技术可控和成本可控的优势。目前,该公司已经建成了年产100万组超薄复合石墨双极板的生产线。
“公司从2018年就开始研发模压复合双极板用的复合基料,并申请国家发明专利。复合基料模压成型的石墨极板在成型时间、弯曲强度、轻薄性、工作压力方面都有其独到的优势,是公司新业务拓展的方向。”青岛杜科总经理郑健保告诉高工氢电。
此外,模压柔性石墨双极板产线设备供应商昆龙卓盈,去年联手广东省武理工氢能产业技术研究院成立了新公司广东环华氢能科技有限公司(昆龙卓盈持股80%),布局模压柔性石墨双极板。目前,其拥有年产100-500万片柔性石墨板生产线,批量化生产成本比机加板低50%以上。
惠州海龙模具,一家转型入局燃料电池双极板之初就瞄准未来批量化市场而选择模压工艺的公司。该公司技术总监赵金华告诉高工氢电:“如果未来燃料电池市场能像现在的锂电池市场一样形成规模,肯定都会走模压板路线。但是在前期开发阶段,机加工是有一定优势的。”
随着政策驱动燃料电池汽车行业迈入发展新阶段的春雷响起,模压石墨板在国内市场将进一步夯实自己的主流地位。
原标题:模压石墨板“潮涌”