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2019智新峰会 新研氢能源科技有限公司首席技术官齐志刚 燃料电池金属板电堆技术和进展

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2019智新峰会 新研氢能源科技有限公司首席技术官齐志刚 燃料电池金属板电堆技术和进展

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来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2019/11/07 11:49
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2019年新能源汽车智新峰会暨《节能与新能源汽车年鉴》发行十周年会议在北京裕龙国际酒店举行。2019智新峰会聚集节能与新能源汽车领域权威专家、行业资深人士、地方政府负责人、代表性企业负责人等,围绕政策、标准、整车、动力电池技术、驱动系统、自动驾驶技术等焦点问题进行深入探讨与交流,勾勒出产业未来的走向与趋势,继而大力推动我国新能源汽车产业创新、健康、快速发展。

 

新研氢能源科技有限公司首席技术官齐志刚作为嘉宾参会,发表《燃料电池金属板电堆技术和进展》的主旨演讲。

 

新研氢能源科技有限公司首席技术官 齐志刚

 

齐志刚:非常荣幸为大家介绍一下金属版燃料电池电堆以及电池开发的进展情况。首先向大家介绍一下我们公司的情况,然后是关于金属版的简单的介绍。随后是关于这个机本电堆以及系统的情况。

 

新研成立于2017年5月份,注册资本五千万元,我们公司的定位就是在燃料电池的极板、电堆、发电系统和侧枝台,现在在北京、大连、大同分别都有子公司。子公司之一是北京新研创能科技有限公司,注册资本2340多万元,在亦庄,它的定位就是开发极板和电堆,现在就是金属极版和金属极版的电堆,北京有一千多平米研发生产中心,包括必须的实验室以及自己设计搭建的从单电池到80WK电堆测试台,在京津冀有这种测试能力的单位还不多。

 

我们的产品主要是小功率的空能电堆,还有大功率的水冷电堆,也是国家高新技术企业和中关村高新技术企业。

 

我们的测试生产加工设备大家可以看到四个测试台,以及其中40KW测试台,没有这个壳包起来的情况,还有这个金属极版焊接设备、检测设备、以及清洗设备。

 

小功率的金属极板流道设计以及大功率的水冷,还有大家电压巡检板也是我们自己开发设计,以及大小不同各种电堆以及不同的捆绑方式,像绑带是还有螺杆式,还有电气化自动组装装备,据我所知全球不会超过十家,国内更少。

 

大连子公司也是2017年成立,做燃料电池发电系统以及测试台,五千万的测试台,他们在做一个最大的测试台是1500千万,以及在今年五一期间员工加班集成燃料电池系统,为这个燃料电池的物流车做准备。

 

北京跟大连都可以做测试台,但是北京不销售测试台,我们实在没有时间,但是大连这个公司可以销售测试台,如果大家感兴趣可以联系我。

 

大同新研氢能源科技有限公司,去年成立,注册资本3158万元,也有两款车上了公告,这个产业园占地1565.6万,规划一燃料电池,一期预计今年完成实现千套产能,后续根据市场情况进行的,燃料电池的市场还没有充分的气量,我们不想花很多的钱,最后生产出来的很多的东西也卖不出来的情况,根据市场的情况启动后期的建设。现在的一期是这个图片上最左边的部分。

 

刚才提到了一号厂房以及我们自己的加氢站以及三个设备,一个装堆自动化,还有一个极板自动化清洗澡涉及以及极板焊接设备。

 

在大同产线达到什么效果?分六段,极板的冲压成型、清洗、焊接、密封以及装堆等等,达到的效果150米的一号厂房里面,一边进去看到的是超薄的金属板、板材,从那头出来的就是电堆。

 

关于金属极板或者是极板,极板是燃料电池非常关键的部分,在目前来看可能比膜电机还是关键的,因为膜电机现在已经很成熟了,是一个产品或者是商品,双极板现在还不是能作为一个产品和商品来买卖的。

 

要有一系列的功能,必须满足这些要求。关于金属极板而言,大家主要是担心腐蚀电流,也包括电导、接触电组以及防腐镀层。

 

最主要的是不锈钢,也很多的优点,如果钛,如果这个电堆希望非常轻钛比较好,它的成本稍微高,延展性比较差一点,这个流道深度做不出来那么深,你觉得对于空压无所谓,你要考虑到做电堆下游的空压机是否合适,能否找得这。我们做电堆为了下游以及市场上其他有的部件来考虑的。

 

成型的方式,主要是冲压。这个镀层三个,一个贵金属,金铂、银欧洲用金的有,还有一种便宜金属化合物,还有碳类,国内镀层主要都是碳类。镀层主要是物理气象沉积的方法,不管用什么方法或者是什么材料,要注意可能的缺陷,暴露点、不致密、附着力差、热膨胀不匹配等等,镀层自己之间的附着率也要好才行,不能所用手一擦就了。因为金属服饰尔德有两个问题,一个增加电阻。

 

金属极板的测试方法,活性区域是直行或者是波浪型,当然也有少数用蛇型流道,这是最常用。公共枪室区到这个活性区有一个导流区,这一段的设计是最关键,怎么样设计这个头尾这两个到流区,这个流速每一个都比较相近,这是非常关键的。

 

增加极板的活性面积。你的要点首先要注意它的功能性能否实现,不要想的很好,实际上也加工不出来,额做不出来。还有这个活性面积是不是足够大,能不能加工。是不是变形可控。最大的难点是在哪儿,阴极板和阳极板是相互关联不能完全独立,石墨板是没有这个问题,是三四块板,哪一块流道怎么想就可以了,但是金属版是冲压出来,这头是槽,那头是棱,不能单独设计,换句话说你设计金属阴极板和阳极板的时候要有一个3D想象到底是什么样子,这个设计难度是非常大,为什么金属版的商业化比石墨版相对来讲更艰难一些。

 

这是一些国内外的情况,做金属板电堆主要是汽车公司,还有一些做燃料电池的公司,还有做极板成型或者是镀层设备的公司。国内的企业有我提到了这些,也许还有其他的一些企业没有提到,还有一些大学研究所,基本就是这种情况。

 

国内具体水平或者每一家的情况如何,只有大家跟他们亲自交流的时候才知道,一家到底在金属板这一块可以做什么?也许只能做一部分,并不是什么都可以做。

 

现在国内金属板电堆寿命五千个小时,没有见过一万个小时的报道,金属版电堆也有一个可能问题,现在寿命是赶不上石墨板,主要是抗腐蚀性能稍微差一点,随着技术进步寿命会大幅度的提高。体积以及质量功率密度。

 

我也提到了提高功率密度的方法,利用超薄的质量交互膜以及高效催化剂等等,右边是丰田3D流道,这个3D流道具体起了多大的作用也很难讲,但你要细看这个专利的话,你就会发现这一块东西是非常难做的,成本会非常高,所以以后丰田会不会还采用这种方式都很难讲的。

 

刚才给大家提到了对流道进行设计,设计完了之后要进行计算,你看这个流速、压降是不是比较理想?进行冲压以及焊接,焊接的质量是不是密封好,左边的那个图就是这个焊线,就是焊线如果焊不好,可能过焊或者欠焊都不行,这是非常重要,我们跟极光级生产的企业一直反复沟通,最后达到这个焊接的成品率基本上做到100%。

 

金属板的电堆,燃料电池这个性能是比较重要的,可能读到过各种不同的性能这也是一个比较典型的性能曲线,可能看的有比这高得多,但实际上真真运行的场景,基本上就是跟这个差不多。如果可以做到电流密度一每平方米电压在0.7V就是一个非常好的结果了,我们这个电堆设计的时候,通过背压可以看到我们中压就可以运行了,换句话说对空压机的要求不是太高,可以找到更好空压机,整个燃料电池系统使用氢气的电效率更高一些。

 

这是40千瓦电堆的情况,额定是40千瓦,峰值60千瓦,额定乘1.5就是这个峰值的功率,质量跟体积。现在它的峰值体系功率密度大概2.9千瓦每个升,大家知道丰田的峰值功率114千瓦的电堆是3.1。

 

假如说我有丰田的弱电级是什么样的情况。我们把这两个参数带到我的实验曲线中得到上面的蓝线,大家可以看到我在这两个功率点上,电压点上功率提升了35%左右,即使用金属极板。现在达到3.9千瓦或者4千瓦每升的功率密度应该是没有问题,现在的技术完全可以了。

 

这是我们电堆模块,卖给客户一定是封装起来的。我们也是充分考虑客户使用便利性,封装的壳体材料都是比较厚,要承重的地方都是十毫米或者不锈钢,确保它的抗震能力比较好。

 

我们也测过400片的电堆,大概是45千瓦,我声明一下我这个极板设计是给40千瓦设计的,像65千瓦不是最优,所以我们现在也正确设计第二代,更大功率的这个金属极板。自动化的装堆设计,两台机械手来负责,同时还有各种各样的功能。

 

进行空冷电堆的开发。最难流到金属板不锈钢怎么冲出1毫米的槽出来,不会有任何分子大小的针眼这个非常难,比大功率水冷还难,因为大功率水冷冲出来大概0.5毫米,出出一毫米很难,但是我们做出来了。空冷电堆温度不能太高,也不能加湿,过干这个磨电机性能很差。

 

开发电压巡检的模块,每一个通道可以检测两个单片电池。这是我们大连子公司开发出来燃料电池发电机系统,分别是上到中通的物流车以及厦门客车上,这是这辆车以及工信部的公告。

 

这是大连公司做的一些测试台,他们从百瓦级以及150公里都可以做。大同公司一号厂房分两块,我刚刚所说的那条线六个工段只是放到了大家看到的这个图里面的左边的一块,现在领导参观的话就是在参观这一段。

 

下一步的工作,个优化,一个是大功率的电堆的技术版以及每一个功率自动化,实现年产1000个大于WK电堆的规模,这是张继福书记到大同公司进行参观以及指导工作。总得而言,我们构思已经掌握了金属极板流道设计、清洗、焊接、防腐镀层等全套技术和工艺,40KW电堆峰值供给2.9WK/L,也是国内国际外的先进的水平。目前正在开发大功率的电堆使用的金属极板,下一步将实现每一个工序的自动化和半自动化以及把整个链条打通的半自动化或者是全自动化。还有就是20119年产能达到1000个电堆。

 

谢谢大家,如果有任何问题可以给我发邮件或者是打电话。

 

这个图我比较喜欢,觉得有一些艺术感。这是大同市的领导在参加我们的展会,大家知道前一段时间在太远有一个能源方面的展会。

 

以上内容据峰会现场速记整理,未经嘉宾本人审阅。

 

活动报名

2019年新能源汽车智新峰会
活动地点:
北京裕龙国际酒店
活动时间:
2019-11-05 09:00 ~ 2019-11-06 12:30
报名时间:
2019-06-11 11:36 ~ 2019-11-04 00:00
2019年新能源汽车智新峰会旨在搭建新能源汽车产业发展的交流平台,集聚优势资源,帮助业内人士获取最新的行业情报与资讯,并学习新能源汽车领域前沿技术与创新模式,发现新商机并寻找优秀业务合作伙伴,进一步促进新能源汽车领域的交流与合作。

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