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【原创】革新创造,点亮未来|雄韬氢瑞W1.0金属板电堆震撼发布
雄韬 文章来源自:高工氢电网
2022-05-20 13:19:36 阅读:5542
摘要给金属板技术革新提供了重要借鉴。
金属板电堆作为燃料电池电堆技术路线的一种,正在崛起过程当中。历经一年多时间的潜心研发,雄韬氢瑞W1.0金属板电堆终于揭开了神秘面纱,给金属板电堆技术革新提供了重要借鉴,对推动整个燃料电池市场应用的扩展也有着重要意义。

 
5月19日,以“氢心向未来”为主题的雄韬氢瑞W1.0金属板电堆新品发布会在深圳盛大举办。该款金属板电堆针对燃料电池乘用车应用场景而研发,拥有高体积功率密度(5.4kW/L)、高绝缘性(500MΩ@1000V)、高加减载速率(50kW/s)“三高”技术指标,阴级自增湿/阳级湿度0~100%,寿命≥10000小时。凭借优异的性能表现及小体积优势,后续也有望用于物流车、重卡等商用车应用场景。

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W1.0金属板电堆在材料体系、结构设计及制造模式方面进行了哪些革新?市场推广策略是?接下来,雄韬氢瑞还有怎样的研发及发展规划?在发布会现场,部分问题已经得到了回答。同时高工氢电还深入专访了雄韬氢瑞总经理陈宏及总工程师高鹏然博士,对这些问题做了进一步的阐释。

W1.0金属堆“硬科技”


燃料电池电堆大致分为石墨板电堆、金属板电堆两类,有各自的优缺点,也有各自的应用空间。金属板电堆在功率、功率密度、重量、体积、抗振、批量制备、冷启动等方面具备优势,但囿于金属板设计与加工制造难度大、抗腐蚀性能偏差(意味着寿命受限),目前国内能够提供优质金属板电堆产品的本土企业并不多。

 
雄韬氢瑞W1.0金属板电堆从立项到研发花了一年多的时间,瞄准燃料电池乘用车的高要求,克服了重重难关,最终在体积功率密度、绝缘性、加减载速率、自增湿、寿命方面表现十分优异,在金属板电堆研发领域树立了新标杆:
 
高体积功率密度方面,W1.0金属板电堆最初基于乘用车的使用场景而开发,体积功率密度高达5.4kW/L;该电堆要放置在乘用车的前腔位置,而其针对开发的这款乘用车的前腔体积比一般的乘用车更小,对体积的要求更高,因此对产品尺寸要求极其严苛。困难中往往蕴藏着机会,该电堆在性能及尺寸上满足了此款乘用车的需求,满足其他大部分车型也游刃有余。
 
高绝缘性方面,车规级零部件中,高绝缘性是对人体安全的保证。由于金属本身高导电率的特性,通常导致金属板电堆的绝缘性稍低,这对乘用车安全是个极大的隐患。为此,雄韬氢瑞按照最高规格的污染等级条件要求,通过合理的电气间隙、爬电距离等计算,高低压电模块的分布,材料的选择以及制备工艺的优化,最终确保绝缘性。
 
高加减载速率方面,为了更符合乘用车的应用场景和使用需求,在超车加速瞬间需要具有功率大幅提高的突增,因此需要电堆具有一个较大的加载速率,快速输出能量。W1.0金属板电堆在该技术指标上达到要求,充分验证了产品的技术实力。
 
陈宏向高工氢电透露:“我们潜心研究金属板电堆很久,希望能够拿出技术过硬的产品。在整个产品开发过程中,一直和乘用车企密切合作,从客户需求出发,展开正向设计、定向输出产品。无论从材料到工艺制备都充分发挥了创新力,对供应商的选择也非常严谨。”
 
W1.0金属板电堆的研发并没有采用国内大部分的双极板模式,而是直接挑战了单电池模式,这就意味着国内较为成熟的膜电极结构以及生产工艺均无法采用。
 
为了解决难题,雄韬氢瑞团队重新寻找新的膜电极边框材料及新的膜电极制备工艺,并探索单电池制备工艺。由于新材料和新工艺较多,为了确保每个步骤的质量,他们对主要零部件零部件均进行了全检。在供应商的选择上,考虑到最终产品要应用到车辆上,也更加关注供应商的体系建设和IATF16949的资质。
 
功夫不负有心人,W1.0金属板电堆性能最终达到了设计值。当前雄韬氢瑞正在拓展发动机合作开发及应用场景验证。从市场需求来看,虽然该款电堆是针对乘用车场景而开发,但凭借优异的性能表现及小体积优势,后续也有望用于物流车、重卡等商用车应用场景。
 
当前车用燃料电池正逐步迈入大功率甚至超大功率时代,同时对寿命要求越来越高。雄韬氢瑞为了满足商用车大功率动力系统及5年3万小时长寿命的需求,正在进一步优化膜电极和金属板的材料,后续将持续推出W2.0、W3.0等一系列产品。

多元化产品“齐头并进”

当前燃料电池应用场景正在持续拓展中。氢能公交、重卡产销量持续上升,氢能叉车、环卫车、冷藏车等细分车型也取得了有效成果,氢能无人机、摩托车、自行车、观光车等轻量化应用场景开始升温。包括固定式发电、热电联供、船舶等领域的燃料电池应用也被业界看好。面对潜在而广阔的市场,行业内企业针对各类应用场景所开发的产品种类不断增多。
 
作为燃料电池电堆领先企业,雄韬氢瑞采取的正是多元化的产品策略。除了此次发布的重磅新品W1.0金属板电堆以外,其在石墨板电堆上研发成果也很突出,并实现了批量供货。
 
属石墨板电堆的A系列产品,其中A1产品已经在2020年12月底推出,目前有了叠加一些新技术进去的“升级版”,属于量产产品。

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A2额定功率150-200kW,体积功率密度4.5 kW/L,目前工程样堆已进入验收阶段。高鹏然透露:“针对A2产品开发,我们在膜电极开发、流场设计、密封、结构等方面倾注了大量心血,做了多方面的革新,预计下半年能够正式推出,届时会让人眼前一亮。”
 
对于电堆产品而言,降低氢耗是非常关键的一个指标。今年上半年,雄韬氢瑞与燃料电池系统厂家紧密合作,已经设计了更低氢耗运行方案,也得到了初步验证,在原来低氢耗的基础上再降3%,向前迈进了一大步。
 
除了基于传统石墨堆和金属堆开展具有针对性的、宽功率密度范围电堆设计以外,雄韬氢瑞一直致力于新型电堆结构和材料的开发,在丰富的铅酸研发经验中汲取灵感,开展具有前瞻性的纸电堆研发。
 
纸电堆的碳纤维增强层可有效解决石墨极板抗弯强度低低问题,抗弯强度达到150MPa,由于浆料使用材料主要为树脂与石墨,使得复合石墨极板的耐腐蚀性堪比纯石墨板;通过碳纤维增强层提供导电网络降低极板的接触电阻和体积电阻,厚度急剧降低,最薄处不到0.13mm,极板厚度减薄43%-60%,堪比金属极板;耐腐蚀性远超金属极板。
 
高鹏然透露:“我们在纸电堆方面投入了大量人力物力,预计下半年会有更多进展。公司也将继续吸纳优秀人才,增加基础材料层面的研究工作,持续为技术研发提供新动能。”

总体而言,雄韬氢瑞正在当前主流技术方面持续深耕、做好技术迭代,力争将电堆各项性能做到极致,同时在未来电堆技术方面大胆创新。
 
在产品研发上快速精进的同时,为了助力燃料电池市场的快速扩张,雄韬氢瑞在成本控制上下了狠功夫。陈宏透露了雄韬氢瑞A1量产电堆价格:销售11-500套,2020、2022年的价格分别是2599元/kW、1399元/kW,下降幅度达46%,可见成本控制力度之大。在发布会现场,陈宏还特别宣布:氢瑞A系列电堆40-80 kW型号,限量发售500套,惊喜特惠价999元/kW。
 
雄韬氢瑞从产品技术和降成本两方面发力,推动了市场拓展步伐的加快。其中A1产品系列持续供货配套车辆展开示范运营。分别配套环卫车、49t重卡的80kW电堆、130kW系统已经装车运行,可靠性非常高,一直保持零故障;针对叉车应用的电堆和系统开发已经完成,预计本月开始装车验证;还有包括衍生的小功率电堆应用于通讯基站领域,产品试运行持续开展中,获得一致好评。
 
“今年下半年,石墨堆产品的任务是保证连续的生产,以完成订单的交付,同时也积极拓展新客户,预计下半年的订单会更上一个台阶。”陈宏说。预计2022年电堆营收将实现较大幅度的增长,一部分来源于配套装车形成的收益,另一部分则是应用于雄韬深入布局的通信基站领域所形成的收益。


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