
雙極板是質子交換膜燃料電池(PEMFCs)的重要多功能部件。它的主要功能是將反應氣體通過表面的流場輸送到膜電極,收集和傳導電流,將反應產生的熱量和產物水排出。
根據材料組成,氫燃料電池雙極板分為石墨材料、金屬材料和復合材料。
石墨雙極板是質子交換膜燃料電池研究和應用中應用最廣泛的材料,因為它在燃料電池環境中具有良好的化學穩定性。目前,石墨雙極板技術已經成熟,并已商業化和大規模應用。但也存在一些缺點,如重量大、易碎、加工成本高等。
金屬雙極板具有強度高、韌性好、成本低等優點。它可以很容易地加工成非常薄的PEMFC雙極板(0.1-0.3mm),主要用于乘用車,如豐田Mirai。然而,金屬雙極板易腐蝕,受金屬離子污染,密度高,質量重,表面易形成氧化膜。
復合雙極板既具有石墨材料的耐腐蝕性,又具有金屬材料的高強度特性。該復合板結合了石墨板和金屬板的優點,具有密度低、耐腐蝕、易成形等優點。
據了解,目前國內知名的雙極板企業主要包括:國鴻氫能、上海治臻新能源、上海弘竣新能源、浙江華熔科技有限公司、明天氫能、氫璞創能、嘉裕碳素、振邦氫能、弘楓實業、神州碳制品、鑫能石墨、佑戈金屬、安泰環境、寶碳石墨、金亞隆新材料、西部材料、深圳南科、深圳氫雄等。
下面我們就詳細介紹幾個。
國鴻氫能
廣東國鴻氫能科技有限公司成立于2015年6月30日,擁有世界上最大的電堆生產線和系統生產線,是國內電堆出貨量最大的企業。
2017年,我們與國內企業合作,通過聯合攻關的方式,開發了兩年多符合市場需求的石墨板原材料,實現了材料的國產化。因此,成為國內第一家實現低成本柔性膨脹石墨雙極板批量生產的企業,柔性石墨板堆累計產量超過250MW。
2020年,公司自主研發推出鴻芯G1系列電堆和鴻途G系列產品,膜電極、雙極板及各零部件實現100%國產化。目前G1已成為國鴻氫能銷售的主要產品。
上海治臻
上海治臻新能源裝備有限公司成立于2016年,主要從事車用氫燃料電池金屬雙極板的研發、生產和銷售。是國內金屬雙極板行業的龍頭企業。
公司的核心技術來自上海交通大學。在極板構型設計、超薄板精密成形和高速激光焊接、高性能復合納米涂層和集成密封等方面擁有完全自主知識產權。金屬電極設計制造能力達到世界一流水平,申請專利70多項。
2017年,建成國內首條具有自主知識產權的燃料電池金屬雙極板生產線,年設計產能超過50萬片,成為中國最大的金屬雙極板供應商之一。
2019年,將成為中國第一家通過iatf16949和ISO9001體系認證的金屬雙極板設計制造企業。
同年,上海治臻成立了蘇州治臻全資子公司,項目建成后,蘇州治臻將擁有1000萬片的生產能力。
據了解,截至目前,上海治臻已開發出具有自主知識產權的七代金屬雙極板,掌握了“全過程鏈集成”的關鍵自主核心技術,實現了對國內核心主機廠和電堆企業的大規模批量生產供應,并成為國內金屬板材技術實力的“責任者”。
2021年3月,年產量1000萬件的上海治臻金屬板材生產線在常熟市投產,這是目前世界上最大的金屬板材生產線。同時,標志著我國氫燃料電池汽車產業從研發階段進入大規模示范應用期。
在2021年fcvc展上,上海治臻重點展示了7系時代金屬板材。
上海弘竣
上海弘竣新能源材料有限公司成立于2010年,是一家專業生產燃料電池石墨雙極板的企業,也是產業化的先行者。
據了解,該公司的石墨雙極板產品采用國產石墨原料。多年來,生產了數十萬塊石墨流槽極板和石墨極板光板。其主要合作客戶為下游車輛制造商和電堆制造商,2011年開始在部分氫燃料電池汽車上應用,2020年,上海弘竣石墨相關業務將實現收入4.5億元,其中燃料電池業務占比近20%。
在2021 fcvc展覽會上,弘竣展示了超薄石墨板產品,通過浸漬工藝使石墨板的孔隙率降低了95%以上。
浙江華熔
浙江華熔科技有限公司是上海欄能新材料有限公司與浙江鐵獅高溫材料有限公司合資成立的企業,總投資1.12億元,公司擁有碳材料研發中心、燃料電池石墨雙極板事業部等一批先進的生產線,石墨改性(涂層)事業部、抗氧化石墨事業部。
公司擁有從碳石墨制品到碳纖維、碳碳復合材料的完整產品線。燃料電池石墨雙極板是公司的重點產品之一。2020年,其燃料電池石墨雙極板出貨量為16萬塊。據了解,華熔科技還在開發金屬雙極板的碳基涂層技術。
在2021 fcvc展覽會上,華熔科技展示了最新的石墨雙極板產品。自行研制的超薄石墨雙極板的壁厚僅為0.3mm,可大大減少電堆所占體積。
明天氫能
安徽明天氫能科技股份有限公司成立于2017年,專注于氫燃料電池的研發、生產、銷售和服務。它的核心技術來自兩個“國家隊”:中科院大連化學物理研究所、同濟大學。依托雄厚的技術背景,公司于2019年4月建立了燃料電池領域唯一的衣寶廉院士工作站。
在工作站的加持下,明天氫能將繼續突破國內自主技術的天花板,批量生產金屬板燃料電池堆技術。目前,已建成1萬套燃料電池全自動化生產線,產品性能達到國際先進、國內領先水平。
據了解,明日氫能將整合中科院大連化學物理研究所第二代金屬雙極板技術,自主研發金屬雙極板高速精密沖壓、精密焊接和表面處理的生產工藝。具有高耐久性、低成本、完全自主知識產權的金屬雙極板批量生產技術。
氫璞創能
北京氫璞創能科技有限公司是一家致力于新能源市場化的創新型企業。氫璞創能自成立以來,一直致力于水冷燃料電池和甲醇制氫技術的研發和產業化。是國內為數不多的具有核心技術、自主知識產權和產業化技術的燃料電池堆制造商之一,也是國內首條具有自主知識產權的自動化生產線的奠基人。
氫璞創能的雙極板技術中:碳復合材料合成技術及碳復合板成型技術,金屬板材料及涂層技術,極板流場設計模擬及驗證體系,極板密封材料研發及驗證體系,極板模具設計技術都是氫其核心技術。
據了解,2021年3月,北京氫璞創能向瑞典氫燃料電池用雙極流板的領先機械制造商cell impact AB交付了約99萬元的雙極流板系列生產訂單。這也是北京氫璞雙極板生產的第一批系列訂單。