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氢璞董事长欧阳洵:电堆核心材料及关键工艺国产化

作者:中国储能网新闻中心 来源:高工氢燃料电池 发布时间:2019-09-23 浏览:
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9月22日,由中国电动汽车百人会、国际氢能委员会和山东省工业和信息化厅共同主办的“2019氢能产业发展创新峰会”在山东济南隆重举行。本次会议国内外氢能产业相关行业联盟、领军企业、知名高校院所主要负责人、专家学者等近500人齐聚泉城,共同探讨氢能产业发展新理论、新技术、新产品、新模式,谋划氢能源全产业链、创新链的投资与合作。

在本次峰会以“中国氢燃料电池汽车商业化进程与路径”为主题的分论坛上,北京氢璞创能科技有限公司(下称“氢璞创能”)董事长欧阳洵发表了“电堆核心材料及关键工艺的国产化实现”的主题演讲。

欧阳洵表示,根据美国DOE的测算,燃料电池达到商业化的水平,2020年是40美元每千瓦。这个成本目标依据是50万辆车的量产水平,目前实际业内成本水平距离这个目标还有相当大的距离,如何实现这个目标,除了通过批量生产下降成本,我们必须在技术工艺及材料,设备国产化多方面下功夫。

在演讲中,欧阳洵重点分享了氢璞在电堆材料和关键工艺国产化的一些心得。

以下摘自欧阳洵演讲实录:

氢璞是成立了九年的企业,我们现在有80多人,内部有多位行业的专家,也有完整的电堆设计和验证团队。我们参与了燃料电池相关20多项国标的制订。氢璞现在在国内有四个基地:北京、扬州、德州、东莞。北京是研发及营销中心;扬州是开发及生产基地。

氢璞主要是电堆的研发和制造,包括核心制造和关键工艺,我们也和上下游进行合作,助力打造健康平衡发展的燃料电池产业链。氢璞目前有一条在2014年建成的500套电堆的产线,这条自动化产线应该是国内第一条具有自主知识产权的电堆产线,这个产线投产以来,我们投入了大量精力,进一步提高产线的成本,目前精细化程度超过90%。氢璞在扬州工厂内具备十分完善的测试条件,我们可以从小样到大电堆140千瓦的寿命测试、高低温测试等。氢璞产品功率密度超过2.0千瓦每升。在性能参数以及成本上都属于国际领先水平。

下面分享氢璞在电堆材料和关键工艺国产化的一些心得。

首先我们看一下燃料电池汽车成本的组成。根据美国DOE的测算,燃料电池达到商业化的水平,2020年是40美元每千瓦。这个成本目标依据是50万辆车的量产水平,目前实际业内成本水平距离这个目标还有相当大的距离,如何实现这个目标,除了通过批量生产下降成本,我们必须在技术工艺及材料,设备国产化多方面下功夫。从本质上看,需要达到以上成本目标首先就是材料体系要十分合理,如果材料自身没法满足自身需求,材料是不可取的。

其次,材料要实现自主,一方面要考虑到国际贸易的风险,再就是材料自动化大批量生产时必须要实现国产化。

最后是产品设计要合理。这几方面环环相扣,互为影响。

在开发产品时,我们需要明确电堆在性能、寿命、可靠性和成本需求以及燃料电池系统供应商的集成需求。我们分三个层次完成电堆的研发,第一个层次主要包括一些材料的研发,膜电极的研发,极板研发板密封设计和工艺开发,这个层次的工作量是最大的,涉及大量基础材料的评估,设计极板的分布,还有单片电池和电堆反复的模拟和推测。

第二个层次是电堆的单板,封装,这个涉及到是否可以发挥极板的最大性能,也对电堆可靠性、寿命影响最大。

第三个层次完成各种测试,这里包括短堆和整堆的测试、寿命测试、零下测试等,这个测试确定了电堆设计需求并且反馈前两个层面的缺陷问题,一款电堆的研发往往需要几个层面的反复工作才能完成,对产品研发和开发团队耐力和专业能力是极大的考验。

极板是我们需要关注的材料和工艺要点之一。

极板材料主要从原材料阶段、模压条件和成型后的三个阶段考虑。最终材料层面需要确保极板脱模完整,表面粗糙度适宜,材料强度满足要求。从模压工艺角度看,需要考虑成型后的极板特性,最终保障极板尺寸及透气性满足要求,尤其对成型后的精度和密度要求都是极端的。

首先,看一下模压工艺。我们对模压机和模压工艺花了大量时间研究,最终开发出来一个能够服务我们的工艺流程:材料配置方面,对材料进行称重,再是压机的下压速度、保压等。目前氢璞工艺从上料到处理大约需要一分半的时间。我们选择的碳粉、碳纤维和基材,不仅需要考虑材料的密度、电导率、导热系数等,材料的成本还有保质期都是重要考虑的因素之一;然后,我们对模压工艺进行细致研究,通过对材料压制的温度,后处理的方式,对压制极板进行反复测试,这个测试过程比较繁琐。

极板和模具的设计方面。极板设计不仅要考虑流场结构,密封结构进出口、应力分布、气体分布等,以及极板设计工艺适配等,成型的大部分尺寸公差0.01毫米之内,并且可以满足两安培以下大电流密度工作的条件。

高功率密度的电堆需要更轻更薄,而且要能满足大电量的条件,对极板模具要求极高。我们发现目前市场上不管国内国外,只有极少模具材料能满足刚性、强度的要求。对大部分的模具厂家都是挑战。我们也是经过很多摸索以及跟不同供应商的探讨和研发,现在可以成功压制氢璞目前在售所有的板型,而且可以满足我们一开始做的各项的参数要求。

简单介绍一下我们几款主要的产品,氢璞的T、F系列的复合板电堆,在外尺寸设计是一样的,在我们的产线中,大部分的工装夹具可以不需要替换,就可以实现柔性生产。最大电流密度达到两安培每平方米。电堆额定功率达到47千瓦,最大功率55千瓦,工作压力可以到两个半,但是也可以在低压、中压下运行。最大功率密度超过2kW/L,寿命可以满足1.5万小时的运行需求。

氢璞X有大量投入,刚才提到我们在美国有前瞻的开发室,也是做这样的工作。目前我们和国内有两个主机厂还有系统厂家展开合作。明年上半年有一款车进入公告阶段,这款电堆实现了1.5每安培的电流密度。电堆额定功率128千瓦,寿命满足5000小时,2020年目标是8000小时,目前通过反复对比,我们正在和国内上下游合作伙伴一起合作,为未来能到达大批量的生产做好准备。

最后是氢璞的一些实际应用,目前已经完成五款公告车,三款公告还在做。完成的五款里有两款是物流车,三款是公交车。物流车运营就在山东德州,预计年底达到50万公里,运行车辆达到50辆,明年在山东德州超过100辆。

目前日本、韩国、加拿大等国家在电堆设计、材料上先行一步或者两步,中国是燃料电池领域重要的舞台,作为中国公司做燃料电池产品,核心材料和关键工艺都必须实现国产化,才能真正具备国际竞争力和将来具备大范围推广的潜力,这些工作需要长期不懈的投入,从短时间看还是风险很高,收益比较低。

氢璞成立九年来,努力和同行一起深耕,我们希望更多同仁可以认同我们的理念,一起突破,铺平未来氢燃料电池的道路。

关键字:氢璞 燃料电池

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