高工洞见
GGII:模压石墨复合板将在下半年迎来爆发期?
2020-04-30 10:19:36


双极板在燃料电池电堆的质量、体积和成本中占据着重要地位,因此,不断提高双极板制造技术对于减小燃料电池电堆质量与体积、降低燃料电池电堆成本具有重要意义,对于现阶段以石墨双极板电堆为主的国内燃料电池企业来说更是如此。


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美国能源部的研究数据显示,当燃料电池的生产规模由 1 万套/年增长至 50 万套/年时,质子交换膜和气体扩散层成本仍旧会随着规模扩大而降低,但此时电堆成本主要由电极催化剂和双极板的材料用量及价格决定,这与技术及工艺水平密切相关。


从高工产研氢电研究所(GGII)对全国主要氢燃料电池电堆及系统企业调研情况来看,中国氢燃料电池电堆以石墨双极板为主,单堆额定功率基本都在30kW以上,且主要面向商用车领域。


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一直以来,国内规模化量产的石墨双极大多采用CNC加工工艺,2019年CNC加工的石墨双极板市场占比达到90%以上,这项工艺在技术上已经越来越成熟。


然而,由于 CNC机加工艺制作过程复杂,加工周期较长,加工成本占双极板整体成本的60%以上,CNC机加工艺石墨双极板在降本方面已经接近天花板。


“如果能达到1万片以上的采购需求,公司的单片双极板的价格可以做到100元以内(一组200元以内)。”国内一家知名石墨双极板企业的市场负责人告诉高工氢电,在当前的条件下,机加石墨板的降本空间已经不多了。


机加工艺接近降本的天花板,是否就意味着模压石墨板的上场的时间的已经到来?


事实上,与机加工石墨板相比,模压石墨板最大的优势在于耗时短、效率高,更符合燃料电池商业化大批量生产的要求。


按照模压石墨板选材的不同,模压石墨板又分为膨胀石墨模压双极板、聚合物-碳复合双极板和石墨/金属双极板3种不同的类型,前两种石墨复合板都是以石墨为主要基材,石墨/金属复合板则是采用一面用金属、一面用石墨的特殊工艺。


“模压复合石墨板,需要通过优选合适的原材料和连续模压成形工艺来提高双极板的应用性能,并以此提高生产效率,降低生产成本。”国内一家电堆企业的技术负责人告诉高工氢电,要做好模压复合板,就必须掌握材料和模压的核心工艺。


就聚合物-碳复合双极板来说,导电石墨粉和树脂类型及其配比都是各家公司的不传之秘,在电导率和机械强度的设计方面也需要做出一定的权衡。


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“石墨粒子的大小和分布及其与树脂结合形成均匀混合物的能力对双极板的导电率有较大影响。”武汉雄韬氢雄总工江洪春认为,模压复合石墨板在量产过程中需要攻克材料和模压的核心工艺,这些都需要经验的积累。 

值得一提的是,由于模压复合石墨板路线融合了较为复杂的材料和工艺,需要对燃料电池有较为深刻的理解,因此,国内聚焦模压石墨板工艺的企业基本都是电堆厂商,真正的石墨双极板企业却很少押注这条工艺路线。


高工氢电在调研的过程中了解到,除了已经实现规模化应用的国鸿氢能(源自巴拉德技术工艺),目前国内主要石墨板电堆厂商也已经在储备模压复合石墨板的量产技术。国内超3家以上的知名电堆企业在准备量产计划,新源动力的石墨/金属复合双极板早已实现批量装堆。


“模压石墨复合板是未来趋势已经成为业内共识,预计下半年到明年将有一个小的爆发。”国内一家燃料电池企业高层坦言,公司的模压复合石墨板已经能达到量产状态的要求,一旦市场形成规模化需求,模压复合石墨板电堆将会迅速铺向市场。




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