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研判燃料电池产业链技术水平和发展趋势

2022-11-23 10:28
香橙会
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双极板

总体来说,双极板目前仍然是碳板和金属板共同发展的趋势,都有企业进行参展。碳板因为气体流道和冷却流道可以独自加工,在设计难度上低于金属板,并且碳复合材料本身具有良好的抗腐蚀能力,具有良好的寿命特性。因此,碳板的入门难度较低。

而金属板由于阴阳极双板冲压后配合形成冷却水流道,形成两板三腔结构,设计难度高于碳板,并且金属板的抗腐蚀能力弱,需要涂层包覆以提升其寿命,这存在技术瓶颈。此外,金属板的加工冲压也需要金属板的良好设计以避免金属板破裂或产生砂眼。最后,金属板对冲压模具的加工精度要求极高,因为其允许的最大加工误差不超过2个丝。因此,金属板的入门难度高于碳板。

但是从发展前景来看,金属板能比石墨板做得更薄,能够具有更高的功率密度,当量上来后,金属板的加工速度和加工成本都要优于石墨板,因此金属板的发展前景要好于石墨板并具有很宽的技术护城河。

碳板加工企业目前比较有名的是嘉裕碳素、华熔科技和上海弘丰等。他们都能完成碳板材料的制备以及碳板的精细加工。金属板加工企业目前比较有名的只有上海治臻,具有金属双极板精细加工和涂层制造的能力,具有成为该行业龙头的趋势。

不过也应该指出,格力电器拥有强大的装备制造能力,基于广东省燃料电池城市群建设,从珠海市政府拿到了上千万元的燃料电池双极板加工研发项目,不过格力电器是否能够乘此东风形成技术竞争力,还得进一步看研发成果。但是应该注意的是,即使格力电器能够完成双极板的高精度加工制造,双极板的抗腐蚀涂层也是一个需要攻克的关键技术点。

如上所述,金属双极板的技术护城河在于两点:1)高精度双极板的加工制造;2)涂层制造。这两者可以分开来做,笔者在展会看到2个金属板加工企业和1个金属板涂层制造企业,这充分说明了上海治臻的技术优势。

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电堆

目前国内生产电堆的产商很多,如捷氢、氢晨、清能股份、国鸿氢能、未势能源等,作为受到国家补贴的八大零部件之一,它的主要技术难点在于:1)多片堆叠后的气体分布一致性;2)多片堆叠后的装配误差控制;3)电堆密封实现;4)电堆合适压堆力的探究等。

由于国家政策的驱动,目前电堆功率朝着越来越大的方向发展,基本每家电堆公司都推出了200kW以上的电堆,其中氢晨这次展出的电堆功率最大,为300kW。

清能股份系统开发总监任正新指出,目前49T牵引重卡最大需求功率约在150-160kW,故而将电堆额定功率做在300kW左右是合适的,接下来电堆发展需要考虑的是降成本和产品可靠性的问题。

关于电堆装配问题,目前存在两种装配方案,一种是双极板-膜电极-双极板的传统组装方式,另一种是基于单电池的新型组装方式。曾在Mirai参与研发工作的李桦博士表示他更看好单电池的新型组装方式,这能让电堆的压堆力变小,减小膜电极的形变,还能使电堆维修更加方便。

笔者认同李桦博士的观点,因为在笔者的实际装堆经验中,传统组装方式在更换破损膜电极时会影响其余膜电极,不确定性非常大。目前,Mirai使用了该种装配技术,而国内宣称使用这种技术的仅有雄韬股份一家公司。

此外,除了水冷电堆外,也有多家公司展示了空冷电堆,如氢机智创、冰城氢能等,业内最有名的便是上海攀业。在笔者看来,空冷燃料电池结构较为简单,技术护城河不宽,且发展潜力较弱。不过,值得注意的是,在氢能日益受到重视并被国家开设专业进行人才培养时,与氢能有关的教具可能存在一定的市场。

图5 合之源氢能

仙湖实验室展览的氢能教具

6

系统

完成这一步,燃料电池便能真正上车运行了。

作为燃料电池行业的集大成者,只要公司提供的系统在车上运行满足国家提出的条件后便能拿到补贴的大头,应该是车用燃料电池技术难度最高、技术护城河最宽的部分,代表企业亿华通已在国内科创板上市。

但是为了做好系统,笔者认为系统公司应该拥有自己的电堆生产线,因为不同的电堆运行特性不相同,相应的系统构造和控制策略也应该据此优化,甚至一个值得投资的系统产商应该有自己的膜电极生产线和双极板设计部门,因为这些都会对系统设计产生影响。

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