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【原创】10位“大咖”论道氢燃料电池核心材料突破路径
氢燃料电池核心材料 文章来源自:高工氢电网
2020-08-28 09:09:27 阅读:4878
摘要8月26-27日,2020先进材料集群产业发展论坛在深圳机场凯锐酒店成功举行。本次论坛其中一个重要主题是“氢燃料电池核心材料创新突破与应用趋势”,分析氢燃料电池核心材料国产化现状,并探讨了未来发展趋势。

长期以来,氢燃料电池核心材料技术主要掌握在国外企业手中。如何突破核心材料技术瓶颈、掌握核心制造工艺、解决关键材料卡脖子环节,成为了我国燃料电池产业必须攻克的难题。

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2020先进材料集群产业发展论坛现场  

8月26-27日,2020先进材料集群产业发展论坛在深圳机场凯悦酒店成功举行。本次论坛其中一个重要主题是“氢燃料电池核心材料创新突破与应用趋势”,分析氢燃料电池核心材料国产化现状,并探讨了未来发展趋势。

高工氢电董事长张小飞博士.webp.jpg高工氢电董事长张小飞博士  

燃料电池产业化是一个系统工程。在整个系统工程中,创新材料对加速燃料电池商业化至关重要。但目前国内外尚存在巨大差距。比如催化剂、质子交换膜、碳纸、膜电极等大都采用进口,且多数为国外垄断,价格高;而国内产品尚未形成批量生产能力,或者产品质量不够稳定。  

张小飞认为,围绕核心技术进行攻关,并通过政/产/学/研/用相结合实现核心材料的工程验证,对推动国内创新材料商业化至关重要。  

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加拿大工程院院士/鸿基创能副董事长兼首席技术官叶思宇  

叶思宇指出,膜电极是燃料电池的核心,同时膜电极在电堆成本中也占据着比较高的比例。但膜电极要实现产业化存在三大挑战:核心材料筛选、制成工艺连续化及工程验证。  

叶思宇着重介绍了鸿基创能在核心材料筛选、制成工艺连续化和工程验证这三方面的宝贵经验。按照其研发思路,鸿基创能膜电极产品有较好的产品一致性:其中CCM良品率为99.9%,MEA良品率为98.4%,近期交付的1万片膜电极经客户装堆验证,不良率仅为千分之六。  

该成绩的取得,一是源于鸿基创能持续的研发投入,二是源于清晰的市场化导向,三是源于务实的产业化目标。

清华大学车辆与运载学院教授裴普成.webp.jpg

清华大学车辆与运载学院教授裴普成  

清华大学车辆与运载学院教授裴普成作了“燃料电池长寿命指标的测试与保障技术“的报告分享。裴普成表示,业界都希望燃料电池做到长寿命,但要达到长寿命除了必要的技术支撑,还需要有靠谱的测试方法来进行评价。  

目前,业界主流有两种不同的燃料电池寿命考核方式,其一是道路试验,第二是强化试验。在裴普成看来,这两种考核方式都存在一定的缺陷,前者耗时过长,后者则给不出实际使用强度下的寿命指标。  

基于这样的考虑,裴普成提出了一套努力基于复杂的老化机理建立寿命计算公式,并确定用工况谱参数作为寿命变量。今年6月1日,裴普成提出的这套燃料电池寿命预测方法正式上升为国家标准。  

“基于这套方法,寿命快速测试的成本和天数能控制在整车道路试验的1%以内。”裴普成总结,寿命快速测评技术,解决了整车道路实验不能及时得到结果的问题;去除短板技术,减少了水桶效应对电堆寿命的制约;故障规避技术,减少了水管理故障对电堆寿命的损害。

国鸿氢能副总监王铎霖.webp.jpg国鸿氢能副总监王铎霖  

国鸿氢能副总监王铎霖在“模压柔性石墨双极板及电堆产业化开发“的主题演讲中表示,近年来我国燃料电池电堆技术发展迅速,电堆性能大幅提升,已接近国际水平,但电堆可靠性、寿命、成本与国外水平还存在较大产差距。他表示,随着规模放大以及电堆国产化,电堆成本预计可降60%以上。  

王铎霖认为,柔性石墨双极板采用廉价的柔性石墨板为原材料,通过模压成型制备柔性石墨双极板,保留了石墨双极板的高电导性和高耐腐蚀,而又解决了硬石墨板加工周期长、脆性问题,实现了双极板的批量化制备,降低了双极板制备成本。  

截至目前,国鸿氢能已经建成年产200万片双极板、2万台电堆的规模化生产线,形成氢能产业化开发平台;柔性石墨电堆可靠性高、寿命长(超过2万小时)、成本低,有效推动我国氢能产业的市场化发展速度。

通用氢能总经理尧克光.webp.jpg 通用氢能总经理尧克光  

通用氢能总经理尧克光分享了“国产气体扩散层批量化制造的探索“。尧克光在演讲中表示,作为电堆的四大关键材料之一,气体扩散层主要依赖进口,国外公司占据了中国市场90%以上的份额。  

尧克光认为,气体扩散层的国产化是一个复杂的过程,从GDL的理论研究、原材料的刷选、浆料配制研究、制备工艺研究、生产设备的采购、设备调试、试产、设备工艺改善、工艺改善再到最后做出批次稳定的GDL产品,需要对每一环节进行把关。

济平新能源副总裁刘瑾慧.webp.jpg济平新能源副总裁刘瑾慧  

济平新能源副总裁刘瑾慧在“高一致性催化剂批量生产的实践与进展”主题演讲中介绍了国产催化剂的产业化路径。刘瑾慧表示,目前国内催化剂产业化面临3大痛点:产业化经验不足、对设备的忽视和对品质把控方面的不到位。  

催化剂从毫克级的实验室制作到公斤级的流水线生产是无比艰难的,国内燃料电池行业缺乏规模生产经验是产业化最大的痛点。现阶段,济平新能源已经建成了国内首条全自动催化剂生产线,年产能达到2吨。在刘瑾慧看来,燃料电池催化剂的未来的研发目标是需要进一步降成本,降低铂载量,提升铂的利用率和提升耐久性。  

刘瑾慧透露了济平新能源两大计划:其一,自动化产线实现计划日产量5kg,价格低于国际同类产品15%-20%,今年预期国内市场份额占到90%以上;其二,公司将落户广东佛山南海区,成立广东济平新能源科技有限公司。

上海治臻总经理蓝树槐博士.webp.jpg上海治臻总经理蓝树槐博士  

上海治臻总经理蓝树槐博士在“金属双极板大批量应用曙光”的主题演讲中表示,燃料电池产业化发展呈现出3个趋势:规模化、平台化和协同化。他认为,在国家以及地方各类政策的大力扶持下,燃料电池正进入高速发展期,各路资源纷纷加码对燃料电池的投入,行业在2020-2025年间将迎来五年黄金发展期。  

蓝树槐表示,在规模化发展方面,金属双极板作为燃料电池的核心零部件,需要有三大保障:规范的质量体系认证要求,需要高标准的一致性稳定性要求,还需要严格的工程化测试验证要求。  

蓝树槐还对燃料电池产业化未来工作做了思考。在提升寿命方面,他建议采用新工程控制方法、新涂层材料、新型基材体系;降本方面,他建议优化工艺,规模制造,并能进行技术革新。

隆深机器人氢能装备事业部总经理丁彦春.webp.jpg隆深机器人氢能装备事业部总经理丁彦春  

隆深机器人氢能装备事业部总经理丁彦春在演讲中指出,膜电极的制造设备需要根据不同客户的需求进行匹配,喷涂工艺容易控制催化层厚度,且喷涂对浆料的调配要求简单;热转印工艺需要在配置一台涂布机的基础上再配置一台转印设备,投入成本稍高。  

狭缝直涂的催化层一次成型,工艺路线与产线一致,更具有工程化意义。  

目前,隆深机器人现已为国内某客户成功研制开发出国内先进膜电极全自动化生产线。该产线包含浆料制备、碳纸疏水预处理线、CCM双面直接涂布线/GDL涂布辊压线、CCM裁切/边框膜裁切/GDL裁切设备、MEA五合一/七合一贴合设备、尺寸检测/瑕疵检测/气密性检测设备等。  

除了为客户推出适合大批量生产的整线设备,隆深机器人也开发了适合研发实验类的单机设备,隆深机器人可以提供MEA实验室设备包括小型平板涂布机、小型精密裁切机、小型五合一贴合机、小型七合一贴合等,以适应现阶段科研院所和初创企业的研发和实验需要。

佛山环境与能源研究院副院长王子缘博士.webp.jpg佛山环境与能源研究院副院长王子缘博士  

佛山环境与能源研究院副院长王子缘博士在主题演讲“关于我国氢能供应保障的几点思考和建议”中表示,中国氢能产业发展正处于爆发增长的前夜!  

王子缘表示,目前全球氢能发展已经跃入新阶段,包括美国、日本、韩国、德国等国家已经加紧展开布局。在中国,随着国家层面对氢能行业扶持力度逐步提升,接下来氢能领域瓶颈政策有望松绑,国家顶层设计即将出台。  

王子缘从宏观上解答了“氢能的未来在哪里”这个问题。他表示,目前我国可持续发展面临着能源与环境的双重压力。同时,我国东西部地区能源发展不平衡的现象比较严重,能源绿色、低碳转型发展战略是解决这一问题的关键,其中氢能将起到非常重要的作用。 

杜科新材料总经理郑健保.webp.jpg

杜科新材料总经理郑健保  

杜科新材料总经理郑健保发表了“燃料电池胶粘剂国产化蓄势待发“的主题演讲。郑健保表示,从石墨双极板两种不同工艺路线来看,雕刻石墨板和柔性模压石墨板所采用的胶水和粘接工艺有较大的差别。  

根据不同的工艺路线和使用场景,杜科新材料开发了石墨双极板微孔填充胶、石墨双极板及复合双极板水路粘接胶和双极板气路密封胶和MEA边框粘接固定胶等4大不同品类的燃料电池专用胶粘剂。其中前三款产品已经被国内外众多电堆及双极板生产企业所采购使用。  

郑健保公布了杜科新材料的复合基料市场规划,预计2020年10月公司可以对外销售复合基料,并输出模压成型工艺。2021年第二季度可以对外销售预成型超薄复合基料光板,并输出模压成型工艺,同时把复合极板的弯曲强度提高到≥50MPa,模压成型时间降低到30秒。


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