鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量：0次 | 2019年11月28日
探討石墨雙極板制備工藝解讀行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
隨著燃料電池汽車在國(guó)內(nèi)示范運(yùn)營(yíng)的逐步推進(jìn)，有關(guān)燃料電池的核心零部件也開啟了國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，應(yīng)用于燃料電池電堆的雙極板國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展相對(duì)較好。
“目前我們的雙極板產(chǎn)品已經(jīng)被國(guó)內(nèi)的主要燃料電池系統(tǒng)廠商所采用。”上海弘楓石墨制品有限公司一位高層告訴高工氫電，公司的雙極板產(chǎn)品一半出口，一半供給國(guó)內(nèi)的燃料電池系統(tǒng)廠商。
目前能像上海弘楓這樣的能大批量對(duì)外供貨的國(guó)內(nèi)企業(yè)不多，但是已經(jīng)進(jìn)入石墨雙極板行業(yè)的公司卻著實(shí)不少。
縱觀當(dāng)下石墨雙極板制造商不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)目前多數(shù)企業(yè)均以石墨制品發(fā)家，真正進(jìn)入燃料電池領(lǐng)域時(shí)間集中在2006年至2011年之間，之后便乘著市場(chǎng)發(fā)展的東風(fēng)在市場(chǎng)上占據(jù)一定的份額。
根據(jù)高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）統(tǒng)計(jì)，上半年，國(guó)內(nèi)涉及燃料電池電堆雙極板的供應(yīng)商共有25家，25家中有16家設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)石墨或復(fù)合雙極板，11家企業(yè)設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)金屬雙極板，這25家企業(yè)中有15家產(chǎn)品僅供自用，10家對(duì)外供貨。
（數(shù)據(jù)來源：高工產(chǎn)研氫電研究所）
“在電堆的各項(xiàng)零部件中，國(guó)產(chǎn)化程度最高的就是雙極板了。”國(guó)內(nèi)一家燃料電池系統(tǒng)企業(yè)的技術(shù)總監(jiān)認(rèn)為，當(dāng)前國(guó)內(nèi)上量的燃料電池車型中，以石墨雙極板電堆為主，雖然都缺乏足夠的實(shí)際運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證，石墨雙極板的主導(dǎo)地位5年內(nèi)不會(huì)被金屬雙極板替代。
石墨雙極板為何更適用于燃料電池商用車？
燃料電池雙極板（BipolarPlate，BP）又叫流場(chǎng)板，是電堆中的“骨架”，與膜電極層疊裝配成電堆，在燃料電池中起到支撐、收集電流、分配氣體，為冷卻液提供通道、分隔氧化劑和還原劑等作用。
從功能上來看，雙極板材料是電與熱的良導(dǎo)體、同時(shí)需要具有一定的強(qiáng)度以及氣體致密性等；考慮到燃料電池酸性、電位、濕熱環(huán)境下工作，雙極板還需要具備耐腐蝕性且對(duì)燃料電池其他部件與材料的相容無污染性。
（國(guó)內(nèi)一家電堆廠給出的雙極板技術(shù)要求）
當(dāng)前，氫燃料電池常采用的雙極板主要包括石墨碳板、金屬雙極板、復(fù)合雙極板3大類，石墨雙極板目前是國(guó)內(nèi)應(yīng)用的主流。
從當(dāng)前國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況來看，客車、物流車、環(huán)衛(wèi)車、叉車等商用車型成為當(dāng)前市場(chǎng)主推車型，而商用車的高頻次使用場(chǎng)景決定了其對(duì)零部件的耐久性有要求較高。
而石墨雙極板正是憑借其耐久性長(zhǎng)，因而更適合當(dāng)前示范運(yùn)營(yíng)的燃料電池商用車領(lǐng)域。
從高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)對(duì)全國(guó)主要?dú)淙剂想姵仉姸鸭跋到y(tǒng)企業(yè)調(diào)研結(jié)果來看，中國(guó)氫燃料電池電堆以石墨雙極板為主，單堆額定功率以30kW居多，且主要面向商用車領(lǐng)域。
工藝持續(xù)進(jìn)步國(guó)產(chǎn)雙極板接近國(guó)際一流水平
即便石墨雙極板目前市場(chǎng)需求量大，但其空隙問題、成本問題以及加工時(shí)長(zhǎng)問題仍有待完善。
對(duì)此，部分像上海弘峻這樣的企業(yè)采用特殊真空加壓的方式浸漬石墨雙極板，減少了制造過程中的氣孔問題。通過特殊的浸漬工藝及溶液，對(duì)石墨雙極板進(jìn)行封孔，大大減少孔隙率。在加工工藝上，則主要采用CNC設(shè)備及數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行精修、流場(chǎng)設(shè)計(jì)與雕刻。
此外，在保持一定機(jī)械強(qiáng)度和良好阻氣作用的前提下，雙極板厚度應(yīng)盡可能地薄，以減少對(duì)電流和熱的傳導(dǎo)阻力。
在體積大小方面，上海弘楓研發(fā)的超薄石墨雙極板大大減少了燃料電池電堆的體積和重量，產(chǎn)品出口至美國(guó)、加拿大、意大利、韓國(guó)等國(guó)家。其超薄石墨雙極板一經(jīng)問世便引起業(yè)內(nèi)諸多關(guān)注，但由于石墨雙極板自身“易脆”的特性是其本身材料所決定的，太薄的石墨雙極板能否經(jīng)受住車輛在實(shí)際運(yùn)行中的震蕩還有待考究。
“目前國(guó)內(nèi)最好的石墨雙極板在保證性能的情況下可以做到1.8毫米。”一位不愿具名的雙極板企業(yè)高層介紹，石墨雙極板的厚度還可以繼續(xù)降低，預(yù)計(jì)到2020年，石墨雙極板的厚度可以做到1.3毫米，電堆功率密度達(dá)到3.1kW/L，達(dá)到接近豐田第一代金屬雙極板的水平。
模壓工藝更適合大批量生產(chǎn)時(shí)代？
據(jù)了解，雙極板的加工成本占雙極板整體成本的60%以上，因此，尋找成本低廉的加工方法是燃料電池汽車加快國(guó)產(chǎn)化的必經(jīng)之路。
從制作工藝路線上來看，目前國(guó)內(nèi)的石墨雙極板大多采用機(jī)械加工的方式，這種方式雖然節(jié)省了開模具的費(fèi)用，但是制作工藝復(fù)雜，加工周期過長(zhǎng)，從而導(dǎo)致成本較高。
因此，國(guó)內(nèi)亦有企業(yè)通過注塑開模的方式來縮短生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)，提高產(chǎn)量，嘉裕碳素就是其中一家。該公司將特定的粘合劑加入石墨粉中進(jìn)行開模，然而采用這種方式必須對(duì)原材料的把控得當(dāng)，否則容易出現(xiàn)導(dǎo)電率差，強(qiáng)度不到位，容易發(fā)生形變等問題。
據(jù)了解，石墨雙極板在技術(shù)層面及商業(yè)化層面都相對(duì)成熟，如若繼續(xù)采用機(jī)械加工的方式，石墨雙極板的成本費(fèi)用實(shí)難降低，且不易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。但是，考慮到當(dāng)前示范運(yùn)營(yíng)階段的現(xiàn)狀，采購(gòu)量的不穩(wěn)定，多數(shù)企業(yè)并不愿意為模壓成型工藝過早投入較高的成本。
“模壓工藝在大批量制造方面的確有優(yōu)勢(shì)，但是雙極板公司并不能規(guī)定產(chǎn)品的尺寸規(guī)格，開模的成本太高，所以，并不適合當(dāng)下的現(xiàn)實(shí)情況?！眹?guó)內(nèi)一家石墨雙極板技術(shù)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，模壓工藝更適合大批量生產(chǎn)的時(shí)代，目前條件尚未成熟。
除此之外，模壓工藝還需要優(yōu)化石墨材料，開發(fā)出性能更優(yōu)、成本更低、可供模壓成型的碳基材料。
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