金屬雙極板如何在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)“逆襲”

在本屆東京燃料電池展覽會(huì)上,我國(guó)燃料電池廠商新源動(dòng)力首次發(fā)布最新一代燃料電池電堆模塊HYMOD?-70。新產(chǎn)品系新源動(dòng)力研發(fā)的第三代質(zhì)子交換膜燃料電池,采用的是金屬雙極板,單堆功率85kW,電堆體積功率密度突破3.3 kW/L,具備良好的低溫適應(yīng)性,可在-30℃啟動(dòng)/40℃存儲(chǔ),適用于乘用車(chē)和商用車(chē)。

據(jù)新源動(dòng)力公司的工程師透露,新品采用金屬雙極板的原因在于其體積功率密度高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于批量制造同時(shí)具有較好的電池水熱管理優(yōu)點(diǎn)。

與石墨雙極板相比,金屬雙極板具有與之相似的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力,但后者擁有更好的機(jī)械強(qiáng)度、阻氣能力和抗沖擊能力,所以能做到更薄更輕,可大幅度提高比功率密度。同時(shí),金屬雙極板制作工序較少,且量產(chǎn)工藝成熟,從而可大幅降低量產(chǎn)成本。

大幅降低的熱容使金屬板具備了更強(qiáng)的低溫啟動(dòng)能力,而且雙極板厚度可制備得非常薄——甚至可小于1mm,適合批量成產(chǎn),大大降低了制作成本。應(yīng)用于車(chē)用燃料電池時(shí),從燃料電池高能量密度和大規(guī)模生產(chǎn)的需求方面考慮,金屬雙極板相較于石墨及復(fù)合雙極板具有明顯優(yōu)勢(shì)。

雖然金屬板在成型細(xì)密化、殘余應(yīng)力控制、耐蝕性、設(shè)計(jì)自由度等方面存在缺點(diǎn),但隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,相關(guān)問(wèn)題已經(jīng)得以解決。

在金屬成型方面,日本、歐洲等公司通過(guò)沖壓、液壓、高速熱成型等工藝,已經(jīng)解決了流道細(xì)密化和平整度問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)多家企業(yè)也已取得突破,接近或達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平,而且成本大幅下降。

在金屬板防腐涂層方面,國(guó)內(nèi)企業(yè)也早已取得突破,使材料問(wèn)題不再是金屬板電堆壽命的短板。因?yàn)榻饘僭谌剂想姵氐墓ぷ鳝h(huán)境下易被腐蝕,所以必須對(duì)金屬的表面進(jìn)行改性,目前金屬板表面改性涂層工藝已發(fā)展至數(shù)種,廣泛采用的表面技術(shù)有化學(xué)鍍,電鍍,熱噴涂,PVD和CVD等多種。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,國(guó)內(nèi)外均已趨于成熟,可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)有效規(guī)避金屬板固有的結(jié)構(gòu)缺陷。豐田Mirai、本田Clarity、現(xiàn)代Nexo等量產(chǎn)燃料電池車(chē)型均采用金屬雙極板。

目前國(guó)際金屬雙極板供應(yīng)商主要有瑞典Cellimpact、美國(guó)Dana、德國(guó)Grabener、美國(guó)treadstone等,國(guó)內(nèi)企業(yè)有新源動(dòng)力、愛(ài)德曼氫能等。

整體看,在歐、美、日等國(guó)家,金屬雙極板相關(guān)的技術(shù)、生產(chǎn)應(yīng)用情況較好,在我國(guó)還有很大的提升空間。隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)化推進(jìn),金屬薄板成型、表面涂層壽命等關(guān)鍵技術(shù)突破,金屬雙極板將以其比功率密度、低溫啟動(dòng)能力、量產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì),占領(lǐng)越來(lái)越多的市場(chǎng)份額。