官方微信
【原创】“把脉”金属板涂层市场
金属双极板涂层 文章来源自:高工氢电网
2022-05-21 09:47:23 阅读:4849
摘要一窥见当前金属双极板涂层市场的整体发展水平。
技术提升和市场需求的双重助力下,金属双极板的力量在逐步增强。金属双极板涂层作为关乎金属板耐腐蚀性和导电性的关键环节,在逐步成为业界关注的焦点。

 
目前国内能够提供金属板涂层整体解决方案的企业有哪几家?他们的技术水平如何?涂层领域哪种制备工艺更受用户欢迎?涂层在金属板中的成本占比是多少,是否还有降本空间?围绕这一系列业界较为关注的话题,高工氢电推出此文。
 

“把脉”金属板涂层市场


金属双极板生产制造过程包括开模、冲压、涂层、封装等环节。这一系列环节中,涂层环节因为影响金属双极板的耐久性和导电性这两大重要指标,成为金属板生产制造过程中的核心。
 
金属板涂层使用材料上主要分为金属涂层(如金、铂金)和碳基涂层。其中金属涂层具有优良的导电性和化学稳定性,不过成本比较高,现在应用较少;碳基涂层是目前国内推广应用的主流,并且已经初步实现产业化应用。
 
从涂层工艺路线看,主要有4类不同的工艺路线,其一是电镀;其二是化学渡(热浸渡、涂料喷装、喷涂等);其三是CVD(化学气相沉积);其四是PVD(物理气相沉积),包含真空蒸镀、多弧离子镀、磁控溅射等。对相同成分的涂层采用不同的方法进行处理,导电性和耐久性会受到不同的影响。目前,在4类工艺路线中,采用PVD工艺的涂层纯度高、致密性好,涂层与基体结合牢固,涂层不受基体材料的影响,是目前国内应用最多的工艺路线。
 
当前,金属双极板正迎来发展热潮。高工产研氢电研究所(GGII)数据显示,2021年中国市场燃料电池金属板电堆出货量354MW,占总出货量的47%,金属双极板凭借金属板电堆用量的增长,形成与石墨(复合)双极板两分天下的态势。在此背景下,金属双极板涂层赛道开始活跃,代表企业有上海福宜、汇成真空、北京实力源、北方华创等(文末会对企业展开详细介绍)。
 
近日,武汉材料保护研究所氢能新材料事业部薄膜技术研究室还设计研发出一套燃料电池双极板碳基膜生产设备。该设备将0.5微米(μm)厚薄的碳基薄膜涂覆于金属板表面,板的导电性丝毫不减,在强酸环境下浸泡10小时也不会被腐蚀。目前,武汉材保所正在为燃料电池双极板碳基薄膜的生产线落地做准备。
 
外资品牌中,豪泽、巴尔扎斯是这一领域的代表企业,其中豪泽不提供金属板涂层工艺服务,涂层设备供应给金属板/金属板电堆供应商,以及给如爱恩邦德等涂层服务商。现在同时有新的外资品牌开始进击国内市场。
 
最新消息,国外氢能领域真空镀膜龙头企业——瑞典PVD真空镀膜技术公司 Impact Coatings 宣布在华设立全资子公司毅湃(上海)真空镀膜技术有限公司,子公司将为中国氢能产业链的客户提供其PVD真空镀膜技术和本土化的涂层加工和技术服务。在这之前,该公司已与国内金属板供应商博远新能源建立联合开发长期合作关系。
 
市场格局方面,现阶段国内用户应用外资品牌涂层加工服务与设备的企业略高于国内品牌,主要原因是部分外资品牌在国内沉淀时间久、专业制造水平高、在市场发展早期抢占了产业发展先机。不过,随着国内品牌逐步增多,同时在价格、交货周期、设备升级等方面显现出一定优势,加上一些初创型的金属板电堆厂和双极板生产商愿意尝试国产涂层设备,既定市场格局已经开始向国产品牌倾斜。
 
“一台进口的PVD涂层设备,单价在150万-400万美元不等,一台国产的涂层设备单价在200-300万元左右。一般来说,进口设备价格整体都要比国产设备贵3倍以上。”国内一家PVD设备供应商告诉高工氢电。
 
“我们单体真空镀膜设备能实现3个月供货,连续式真空镀膜产线设备能实现6个月供货。”另一家PVD设备供应商表示,目前还没有外资品牌能实现这种供货效率。
 

金属板涂层工艺“江湖混战”


金属板涂层的重要性不言而喻。在金属板涂层各个环节中,目前材料与工艺两方面各有主流应用路线,但整体上仍处于“江湖混战”的早期探索发展阶段。
 
在材料环节,市场应用以碳基涂层为主,同时还有部分电堆厂和金属双极板公司在采用金属涂层,并配以相应的涂层加工方法;在工艺环节,PVD工艺是主流应用,也还有企业采用电弧喷涂等工艺实现涂层加工。
 
“哪一种涂层材料和工艺能够让金属板的导电性更好、寿命更长,目前并没有定论,不管是金属板公司、电堆厂还是第三方涂层加工服务与设备供应商,大家其实都在摸索。”一位行业人士表示,包括目前国内做涂层设备的企业,原来大多从事刀具镀膜、装饰镀膜,后面在氢能浪潮下鉴于刀具镀膜、装饰镀膜与金属板涂层镀膜工艺相似,才转型到这一领域的。
 
“事实上,金属板涂层镀膜要比刀具镀膜、装饰镀膜的工艺要求更高。在金属板涂层上,大家都是学生,只能说谁学得更好、走得更快。”他继续说,给一块金属板做好涂层,绝不是某一个环节的事情,必须靠材料、工艺和设备三方面的优势互补与深度融合。
 
以设备环节为例,金属板PVD真空镀膜设备包括真空室、真空获得部分、真空测量部分、电源供给部分、工艺气体输入系统、机械传动部分、加热及测温部分、离子蒸发及溅射源、水冷系统、工控系统等。在整个从部件到系统的主要构成中,少有企业能够实现高度自主化,包括外资品牌,多数企业以购置配件进行组装的方式来提供工艺服务和提供设备产品。但是能实现设备的集成并不能说明什么,真正反映这家公司真正技术水平的是能否实现各环节的整体性与协同性。
 
“它关系到关键部件的研发、设备的配置、各个环节的协同、工艺的管控等,还需要团队对整个工艺与设备有充分的理解,是一个非常浩大工程,要做好一定需要长时间的积淀,没有这个积淀,很难在这个领域扎下根。”他表示。
 

金属板涂层成本高企背后


目前涂层环节占金属板成本的50—60%。之所以有这么高的成本占比,一方面是涂层工艺本身非常精细与复杂,技术含量高;另一个最重要原因是市场需求量还未起来,在没有形成规模化的情况下,从涂层材料到设备的成本都比较高,迫使应用成本居于高位。那么,该如何有效推动降本?金属板涂层成本大概何时能有一个比较明显的下降?
 
“金属板涂层要实现降本,有两种方式,规模化是降本的第一步;此外提升设备的自动化与智能化水平,也是实现降本增效的有效方法。当然要实现这两点,就目前看还有一个试错的过程,通过接下来3年左右的努力,金属板涂层价格应该能降低50%。”上海福宜总经理褚家宝表示。
 
涂层成本高,在一定程度上影响了金属板电堆的应用进程。如果涂层成本在未来能有一个明显的下降,将助力金属板电堆在与石墨板电堆的“较量”中处于优势地位。
 
目前能够做好金属板涂层设备的企业在全世界范围内还不多;即便在金属板需求走高的背景下,国内金属板涂层市场开始活跃,但相对于其它领域中相关企业布局者众多的局面也明显要弱一点。如果涂层成本能快速下降,拉动金属板电堆市场需求,也将反向刺激金属板涂层市场的活跃度。
 
下文重点梳理国内金属双极板涂层领域部分企业的发展概况,从中可窥见当前这一市场的整体发展水平:

上海福宜

 

上海福宜成立于2018年11月,是上海福宜真空设备有限公司(下称“上海福宜真空设备”)旗下全资子公司。上海福宜真空设备是一家成立近10年集高端真空镀膜设备、先进镀膜工艺和真空设备核心部件的研发、生产、销售及技术服务为一体的高新技术企业,曾为国内顶尖科研院所定制多种型号科研设备。

 

上海福宜采取的是涂层工艺开发与设备集成平衡发展的策略。基于前期持续沉淀,到现在,该公司涂层工艺技术已经升级到第四代,核心部件实现100%国产化,并且整体技术性能指标处于国内领先水平。去年,上海福宜约为30-40万片金属板提供涂层服务;目前该公司在金属双极板涂层加速寿命上,通过材料掺杂、工艺过程控制,已可将金属双极板涂层加速寿命大大提升。

 

北京实力源

 

北京实力源成立于1998年,主要致力于真空镀膜(PVD)机及其关键组件的技术开发、产品制造及销售售后服务,是一家集技、工、贸一体的高新技术企业。目前有员工将近300人,其中技术研发人员将近100人。

 

实力源自成立以来,充分吸收借鉴国外先进技术,完善自身产品,经过不断努力已经成为国内真空镀膜设备的主要供应商。截至目前,其已累计销售真空镀膜设备上千台。实力源入局燃料电池领域是在2016年,彼时,公司发现真空镀膜设备的功能设计与金属双极板涂层制备工艺要求相近,所以就前瞻性地对这一领域展开布局。

 

目前,实力源既可提供连续式真空镀膜生产线,还可提供单体真空镀膜设备。其中,连续式真空镀膜生产线的年产量可达百万片,具有设备产能高、镀膜成本低、工艺重复一致性好等优点。单体镀膜设备的年产量是10-30万片,具有生产产能灵活、设备投入成本较低的优点。两大设备目前均已通过ISO9001认证、CE认证和国家真空设备质量监督检验中心的检验。

 

汇成真空

 

汇成真空是一家面向全球的真空应用解决方案提供商,研发、生产和销售各类光学镀膜设备、功能性薄膜涂层设备、装饰涂层设备、卷绕镀膜设备、汽车零部件镀膜设备、连续式磁控溅射镀膜生产线、超高真空系统等真空设备、半导体设备、电子生产设备、光电设备、光伏设备、动力电池设备及产品相关配件的国家高新技术企业,专注设备与产品的相关制造工艺和应用技术、控制软件、工艺流程控制软件及相关生产自动化软件的研发、应用,并提供技术转让、技术咨询和技术服务。

 

公司累计销售镀膜设备三千多套,在燃料电池领域给多家头部企业实现供货。汇成真空在燃料电池金属板涂层领域的定位是做金属双极板涂层工艺整体解决方案供应商,优势在于:工艺研发技术扎实,能够从技术工艺角度帮助客户实现预期目标;设备集合能力强;工程量化能力突出。

 

豪泽涂层

 

豪泽涂层技术(上海)有限公司是荷兰豪泽技术涂层公司在中国设立的销售公司。针对金属双极板市场,豪泽位于荷兰的技术中心开发出了双极板碳涂层,配备的专用设备可用于对客户产品进行多种工艺试验。豪泽可以提供炉式工具用于双极板研发和小批量试制规模的生产。Flexicoat 850是尺寸最小的炉式设备可以配备多种沉积技术用于工艺和涂层研发。Flexicoat 1500是最大的炉式设备可用于试生产规模高达500,000片每年的双极板涂层(A4大小,双面涂层)。

 

豪泽的连续线涂层设备每天生产百万件零件。它们设计建造用于24/7大批量生产的二重旋转或三重旋转的零件而且可以轻易集成于高度自动化的工厂。设备可以随时扩产如果有产量增长的需要。Metalliner 可以配置生产规模从一百万片每年到一千万片每年的双极板。如有必要钢板卷绕涂层设备可以及时发布以满足市场不断生产的需要。

此文章有价值
手机扫一扫,分享给朋友
返回顶部