华熔科技鲍宪均:燃料电池降本的突破点主要在于设计和选材 | 势银氢燃年会

浏览数量: 0     作者: 势银能链     发布时间: 2023-01-04      来源: 势银能链

12月13日-15日,由势银(TrendBank)主办的 “2022势银氢能与燃料电池产业年会” 在宁波泛太平洋大酒店隆重举行。

12月15日,在 浙江华熔科技有限公司 冠名的燃料电池电堆及关键部材专场论坛上, 华熔科技董事/副总经理 鲍宪均 发表了题为 《燃料电池工程化生产降本》 的精彩演讲。


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鲍宪均表示,氢能产业发展的三个阶段和锂电池有异曲同工之处,都是从第一个阶段到后续的平价阶段:

  • 第一阶段是政策补贴阶段(2020-2024),补贴阶段政策是主要推动,还是产业链国产化持续推进的阶段;

  • 第二阶段是后补贴阶段(2025年以后),预计2025年以后氢燃料电池产业将更加趋于市场化,并向乘用车或其他领域拓展,到2030年前后整车市场规模达到百万数量级;

  • 最后是商业化阶段,远期燃料电池系统成本持续下降,除车用外将逐步打开轨交、船舶、储能、发电等应用市场,进入平价阶段,系统成本将会由“国产化”主导向“国产化+规模化”驱动转变。

此外,规模化的形成离不开一个重要因素:成本。其中,电堆组成部件的成本占比分别为:膜电极40-50%、双极板30%,其他辅件15%左右。

鲍宪均指出,从膜电极的设计及选材降本中,首先在设定双极板流场区域与膜电极活性区域需要结合目前碳纸、质子交换膜的宽幅,做到最大化利用,有很多设计未考虑到该因素,导致材料的浪费,利用率不足80%,以至于采购成本居高不下。

例如:活性区的长度为350mm(以碳纸宽幅为长度基准)、宽度147mm(以pem宽幅1/2为宽度基准),这样的长宽设计可以让两种部件材料100%被利用。

其次,材料的国产化。目前国内采用的很多碳纸和质子交换膜还是依赖进口,因此成本也是受到很大的制约。但当两种材料都换成国产化时,降幅成本可能达到50%以上,对于缩短交货期亦有帮助。

双极板方面,其成本组成主要分为刀具成本、人工成本、材料成本以及其他制造费用。实现双极板的降本,分为以下三点:

  • 通过更改材料切割工艺降低材料损耗,达到降本目的(降本增益5%-10%):减少材料自损自耗;

  • 利用多头自动化设备提高生产效率(生产效率提升2-6倍);

  • 优化极板流场设计(降本增益20%-60%):减少加工刀具规格与流槽数量,减少换刀频率来降低工时,优化流场特征设计(槽宽,脊宽),适当放宽极板尺寸公差降低成本,提高刀具寿命及产品合格率达到降本目的。

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此外,在针对优化简化双极板设计的方案中,鲍宪均提出了三点,具体如下:

  • 设计特征复杂性直接影响到加工时长,在保证性能情况下,尽量简易化,同一种规格刀具能完成加工的,不增加第二种规格刀具,槽的数量越少,加工时间越少(差1-3倍加工时长)

  • 流槽与脊宽度大小影响加工速率与成品率,过小的槽与脊,加工过程容易断刀与崩脊,建议:流槽>0.8mm;脊宽>0.5mm

  • 相关尺寸要求适度宽松(不影响一致性及使用效果)

据鲍宪均介绍,在增效方面,华熔科技最初采用CNC单头加工,单次只能加工一片,随着CNC更新迭代,最终能够实现6-8片。过去的加工时间为40分钟,后来每片平均时间相当于5分钟,快速成型。
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随后,鲍宪均对华熔科技进行了简单的介绍:公司成立于2019年,位于浙江长兴县梅山,拥有标准厂房30000平方米,公司设有燃料电池事业部、半导体及光伏石墨事业部、石墨导热膜事业部等多个石墨复合材料项目。

公司经过了IATF16949认证、ISO9001、ISO14001,还经过材料ELV检测、金属含量离子检测,以及在2020年的时候同步注册了IMDS。

其中,华熔科技发明专利50余项,仅双极板领域申请专利达20余项,涵盖微孔封堵材料,石墨基材,加工工艺,气密检测等领域。产品经多家客户使用验证证明,华熔科技双极板配套的整堆性能衰减最小,且在耐乙二醇、耐老化、耐压、寿命等多项指标中排名最优。

此外,鲍宪均从各项核心指标参数的升级介绍了华熔科技第三代双极板:

  • 透气率——从<0.1,现在降到了小于0.05Sccm;

  • 乙二醇——兼容性更优,耐酸性更高,目前在85%的浓硫酸情况下使用没有任何问题;

  • 金属离子含量——从50ppm降到10ppm以内,对膜电极的保护更优;

  • 使用寿命——从3万小时提高到5万小时;

  • 适用温度——从-55℃到以前的200℃,现在提高到最高温度300℃。

2022年,华熔科技的双极板已达到600万片/年的产能,出货量达到300多万片。其中国外的出货量大约占比40%、国内占比60%。

华熔科技也为公司的氢能发展制定了三大方向:第一,在保证性能前提下,开发高性能低成本双极板;第二,研发燃料电池用其他领域碳产品;第三,用于储能方向双极板寿命突破8万小时。未来的华熔科技依然会“脚踏实地求生存,氢力氢为谋发展”。



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