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行业新闻

鸿基创能唐军柯:膜电极和极板一体化对高精密组装大有裨益

2022/2/8 10:33:06


随着双碳3060目标的提出,氢能已经进入顶层设计,我国各个主管部委分别制订了政策,同时十四五规划里氢能和燃料电池也是一个非常重要的内容。


目前涉及到燃料电池相关的政策已经开始落地,主要体现在第一批的示范城市群,北京、上海、广州已经进入到实际的执行阶段。第二批示范城市群最近已经获批。

同时我们也可以看到在山东省范围内进行了氢进万家示范工程。到2025年全国规划的燃料电池车会达到10万辆,佛山南海区到2024年全部的市政工程车要百分之百的氢能源化。

此外,我们也可以看到燃料电池的应用场景也不断的丰富,过去基本在乘用车、商用车领域;现在在工具车像杭叉、合力叉车也都开展了研发,并相继投入到场景中使用;还有船舶,去年装船的测试;同时也有很多进行固定电站或者热电联供系统,燃料电池的应用场景也在不断的丰富。 

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回到膜电极,我国规划到2025年有十万台车上市,那膜电极片会达到3600万。市场规模在快速发展的期间,膜电极还面临很多的考验——

  • 第一个方面就是在商业模式方面,因其快速增长需求达到3600万片,产能大概在100万片左右,在短期内全球能供应这么多的膜或者催化剂的公司较少,因此这是一大挑战。
  • 第二个就是在未来对成本快速下降的需求,虽然目前不用贵金属催化剂,但是膜的规模整体还是比较小的,所以这是成本与规模相矛盾的情况。
  • 第三就是膜电极或者电堆现在需求非常多样性,但是如果想做到快速的大规模,标准化会更容易一些,需求多样性和标准化产品之间的矛盾也是我们现在面临的一个非常艰巨的冲突。并且,我们也面临很多精益生产方面的工艺的问题。


膜电极结合封装方面目前有三种工艺都在使用,一是R2R直涂技术,第二个是转印技术,阴极和阳极都在离型膜上进行涂覆,第三种是喷涂。这三种工艺没有哪种更好,只要适合自己的产品,适合自己的工艺就好。

但是,在这其中催化剂涂层构筑的主要技术难点都有共同点:首先浆料高效、批量稳定分散;第二要控制质子膜在制备过程中熔胀;第三要求在低张力或者无张力的高速加工;最后还要保证涂层的一致性。

从膜电极集成工艺来说,传统的就是硬边框构型;还有一种是边框密封一体化的模型,注塑的时候就需要注胶的类似于微注射成型的装备;第三种电芯构型,膜电极和极板一体化,对未来高精密组装非常有好处。

在集成工艺上,我们的操作是CCM,它非常薄、柔软,具有温湿应变的特点。在生产过程中要及时的感知过程的失效,及时的止损和及时调整工艺,这其中也有一致性的要求。

目前来说,在膜电极的生产制造过程中失效模式的研究上,也包括几大方面——

1、浆料失效模式,其中包括粒径/粒径分布、颗粒、树脂形貌、静态/动态聚集等;

2、涂层失效效模式,其中包含孔、裂隙、杂质、催化剂聚集、一致性等;

3、膜电极失效模式,包含机械尺寸、气密失效、质子膜损伤、气泡、形变等。


这也是未来膜电极量产技术的要求,现在膜电极已经变的非常薄了,怎么能够实现高速的生产?对我们的工艺和装备还是要做很多的开发。

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接下来讲鸿基创能在膜电极方面的实践。鸿基创能是2017年12月成立的,2021年膜电极单车里程超五万公里, 10月份实现了100万片膜电极下线等系列里程碑时刻,同时,我们正在进行佛山第二个生产中心的建设。

目前我们的产线后端封装的工艺可以做到高线速度,5米/分钟;涂布高均匀性,偏差率小于3%。

现在提供的三种产品中,CCM年产能30万平方米,良品率达到99.98%;膜电极单日产能稳定超过一万ps,300万片,良品率达到99.8%。
 
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同时目前我们在膜电极高精度快速封装技术上,拥有自动化生产线、五合一/七合一封装技术以及气密性检测等专业的产后检测设备。

核心产品方面,鸿基创能现在两种膜电极:SER350(Balance)、XER350(Performance)。

在我们的客户寿命考评中,SER六千小时降解小于1%,XER应该是超过2000小时。目前我们的数据现在只走到1600小时,但表现数据依然非常好。

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产品应用方面, 2021年7月,河钢集团30辆49吨的氢能重卡已在河钢唐钢新区正式投入运营,有两家电堆公司均使用鸿基创能膜电极,月平均运行里程9000公里,目前运行稳定。

最后我们相信在燃料电池示范区的政策引导下,燃料电池膜电极一定会进入快速的发展期,“他日再相逢,氢风动天地”燃料电池和膜电极产业能够得到很好的发展。