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    全新產品金屬雙極板燃料電池電堆滿足多種車型應用

    2020-05-11作者:瀏覽次數:265

    全新產品金屬雙極板燃料電池電堆滿足多種車型應用

    氫燃料電池電堆解決方案供應商驥翀氫能,對外發布了一款將用于氫燃料汽車的金屬雙極板燃料電池電堆產品——MH170,作為“MH”系列第一代產品,MH170采用了國際主流的金屬雙極板技術路線,具有比功率密度高、結構強度高、低溫自啟動能力強、量產工藝工序少易于批產、量產成本低等優勢,可以滿足大巴、物流車、中重卡車、特專車和乘用車等不同車型的需求。

    據驥翀氫能CEO付宇介紹,目前,市場上對氫燃料汽車最大的需求點仍然來自于產品性能和價格。因此,本次產品的定位是:國內一流金屬板電堆,性能滿足補貼要求、壽命領先競爭對手、成本優勢顯著。從能源危機到“低碳生活”,優質能源氫燃料的商業化啟程
    1965年,美國科學家首次將氫燃料電池應用在了汽車上,自此為產業最初的研究計算起,人類已經在氫燃料汽車領域探索了半個多世紀;2013年,隨著全球范圍內一些車企的研發成果陸續上市,氫燃料電池汽車正式開始了其“商業化進程”。
    同期,為了緩解能源危機、減少環境污染,同時調整經濟模式、搶占全球發展機遇,中國也在大力發展新能源汽車,目前主要以電動車和氫燃料電池車為主。多個地方政府明確發布了相應補貼政策,同時在市場銷售、公共服務、政府采購、特種用車上,規定必須有一定比例的新能源汽車。
    過去幾年我國主要在走鋰電的路線,但是鋰電存在的巡航里程短、充電時間長、電池載重量小、環境適應性差等問題仍沒有得到很好的解決。這些問題上,氫電池則為新能源路線上起到了很好的補充作用。
    舉個例子,主流來說,純電動車續航約200km,氫燃料車約350km,且可隨儲氫壓力的提升進一步提升續駛里程;純電動車充電需要半小時以上,而氫燃料車僅需要3-5分鐘;純電動車0度以下動力大幅度衰減,40度以上高溫時電池續航受到很大影響,而氫燃料車在-30°-40環境范圍內都能正常使用。可以說,氫能源不僅是全球能源與環境危機的理想解決方案,更是我國產業升級的重要戰略方向。
    長期面臨電堆發展瓶頸,高壁壘行業如何走國產化道路?
    作為氫燃料電池的核心部件,電堆是中國燃料電池產業發展,乃至氫燃料電池汽車產業的關鍵因素,幾乎決定了整車的成本、性能和技術含量。電堆產品雖然看著結構簡單,但整個電堆包括了氫與氧的氣體傳質、質子和電子傳導、液態水的管理、熱傳導、力傳遞等多因素的耦合,產品工程設計難度大。
    因此,必須將電堆作為一個整體進行一體化設計,使各個反應要素在全工況下都能夠正常工作,從而保證整個電堆的長期穩定運行,而不是雙極板和膜電極等電堆組件的簡單堆疊。這對以“組裝”技術擅長的中國制造業來說,無疑是個不小的挑戰。
    據了解,當前在電堆的研發和產出上,由于技術的高壁壘和高投入,全球僅有少數大型車企和相關科研院所的創業團隊有專業電堆的產品研發設計能力。而其他大多屬于“拿來主義”,以集成和仿制為主;同時,國內供應鏈各環節都很匱乏,目前能提供成熟金屬板電堆工藝開發和設備的供應商少之又少;且國產化產品尚未完全得到市場認證,短期難以大規模國產化替代。
    此外,即使對于有錢的車企來說,也面臨核心技術買不到,同時具有頂尖工藝的產線,數量有限且成本高昂。
    高性能+低成本:攻破金屬雙極板技術 改善工藝工序助力量產
    作為一支在氫燃料電池研發行業從業二十余年的隊伍,驥翀氫能核心團隊是國內為數不多“完整經歷了車用電堆產品基礎研究、產業化和國際合作”的工程化團隊之一。創始人付宇自2001年以來先后在中科院大連化學物理研究所、新源動力暨燃料電池及氫源技術國家工程研究中心、愛德曼和上海重塑,20年來持之以恒從事電堆開發工作,有著非常深厚和豐富的技術積累與工程化經驗。
    驥翀氫能CEO付宇博士依托以上資源,驥翀氫能本次發布產品MH170,擁有自主知識產權,是全國產化的大功率車用金屬板電堆,可以說對推動國產電堆進口替代起到了非常重要的作用。
    目前,在國際上,雙極板技術主要有石墨雙極板技術和金屬雙極板技術。其中,石墨雙極板由于在商用車領域驗證充分,在產業化初期占據主要的市場份額,被大規模應用。而具有質量輕體積小、熱容小、阻氣性好、結構強度高、量產成本低、工藝簡單、工序少等優勢的金屬雙極板,卻限制于貴金屬涂層的材料和工藝技術,應用較少。2019年國內金屬板電堆功率出貨量增長510.36%,但僅占到了全年燃料電池功率出貨量的9%。
    考慮到車輛空間限制和批量制造便利性因素,金屬雙極板被國內外車企寄予了厚望。“石墨雙極板將逐步被金屬雙極板所取代”更是熱議話題。目前包括豐田、本田等國際一流車企都尚未完全攻克金屬板高耐蝕導電的低成本量產技術,受此影響,金屬雙極板的市場份額有限,國產化程度更是極低。MH170采用了戰略合作伙伴常州翊邁的第四代超高耐蝕導電非貴金屬涂層技術,成功解決了金屬雙極板壽命這一行業技術難題。
    得益于金屬板設計,MH170的結構強度和低溫自啟動能力有著非常優秀的數據,在保證了車用環境下的可靠性、電池壽命長的同時,達到了-25——-30℃低溫無輔助自啟動,大大簡化了系統、降低了下游成本。此外,還將石墨雙極板8-10道的工藝工序減少到了僅有薄板成型、激光焊接和表面涂層3道工序,且均為成熟量產機械加工工藝,適于汽車行業批產和品控。

    在最重要的性能上,對比目前市場上石墨板電堆的體積比功率在2kW/L以下,國產金屬板電堆的體積比功率在2.5-2.8kW/L,國際主流車企的電堆為3.1kW/L。MH170第一代產品的比功率密電堆達到3.2 kW/L,在研的下一代電堆可達4.3 kW/L。


    同時,在單堆功率上,目前市場主流需求為燃料電池系統輸出60kW,相應電堆需滿足70kW以上凈輸出。基于此,MH170第一代產品功率設定為280節75kW,也可根據需求拓展至370節,屆時單堆功率可達100kW以上。在研的下一代電堆單堆功率預計可超過130kW,可以滿足目前絕大多數燃料電池系統的功率需求。
    另外,驥翀氫能進行了成體系的自主研發,結合產品的正向設計,大幅降低了產品的研發成本。且由于電堆比功率密度高,達到同樣功率可以減少材料用量,而且電堆裝配和雙極板生產都在內部完成,材料成本也極具優勢。因此,該產品電堆產品較競品的成本優勢明顯,未來每一代電堆成本較上一代可進一步降低30%-50%。
    MH170:合作燃料電池系統頭部企業 落地不同車型多種需求
    作為驥翀氫能的第一代產品,MH170目前已和業內燃料電池系統頭部企業達成合作協議,將用于大巴、物流車、重型卡車、特專車(垃圾車、清掃車)等,其中,重型卡車和特種車輛為客戶首次應用。載重方面,可滿足12噸左右的輕型重卡,未來可達20噸,滿足主流需求。此外,與數家車企及系統集成商的合作也在洽談中。
    付宇認為,本次發布的M170第一代產品,充分驗證了公司的電堆工程化設計能力、對產業鏈資源的把控、以及生產工藝和質量控制能力。從產品來看,對比數據后,無論是性能、壽命、可靠性還是成本等因素上,均做到了一定的改善;從企業發展來看,產品的發布使公司與系統商形成合力,加速對產品的迭代和研發,對公司長遠穩步的發展起到非常重要的作用;從行業來看,標志著國產自主開發和替代進口產品的競爭趨勢。
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