低成本、长寿命国产金属双极板的推出将加快燃料电池降本的进程。
在金属极板生产制造的开模、冲压、涂层、封装等环节中,涂层环节的成本最高,占到整个金属极板成本的50%左右,涂层技术在很大程度上成为影响金属极板寿命的核心指标,同时也是影响燃料电池发动机寿命的关键因素。
国庆长假期间,上海治臻新能源装备有限公司(下称“上海治臻”)宣布推出新型碳涂层金属极板产品,在极板成本降低40%-50%的同时,还将金属板燃料电池发动机预期寿命延长至2万小时以上。
这款金属双极板最大的突破在于采用了最新的碳涂层技术,能有效极板提升寿命并降本成本,现阶段该技术已经具备百万片大规模量产能力,为推动燃料电池行业快速降本奠定基础。
聚焦核心技术突破成为上海治臻在金属极板领域取得重大进展的原因所在。在行业普遍采用贵金属涂层的背景下,上海治臻通过5年多时间的研发和测试掌握碳涂层技术,并打通材料制备、工艺设计、装备制造等多重关卡,加快了金属极板低成本批量化制造阶段的到来。
国产金属极板自主技术研发先行者
上海治臻总部位于上海临港,是国内首家专注氢燃料电池金属双极板研发及制造的国家高新技术企业,公司于2016年成立,次年就获得中国汽车工业技术发明奖一等奖。
上海治臻的核心技术团队来自于上海交通大学。早在2005年,上海交通大学车身所便开始展开对氢燃料电池金属双极板的研发,上海治臻正是起源于上海交大车身所,在10多年的研发和量产基础上,完成全工艺链自给。
2019年,上海治臻通过IATF16949和ISO9001体系认证,成为全国首家通过该体系认证的金属双极板设计和制造企业。2020年,凭借“两板三场”结构设计,上海治臻获得上海市科学技术奖特等奖。
正是依托于上海交通大学的核心技术团队,上海治臻历经十六年精研创新,在极板构型设计、超薄板精密成形和高速激光焊接、高性能复合纳米涂层和一体化密封等方面拥有完全自主知识产权的关键核心技术,达到国际一流水平的金属极板设计与制造能力。
金属与碳物理性质差异显著,碳涂层很难直接在金属材料上生长,为克服这一难题,上海治臻通过不同元素的层间梯度匹配,实现涂层材料从金属到非金属的过渡。同时依靠开发的增强等离子体沉积技术,强化了过渡金属与碳材料的化学成键,极大提高了碳涂层与金属极板间的结合力。
上海治臻百万片级连续涂层设备
自2019年起,客户企业将上海治臻提供的不锈钢碳涂层极板装配至燃料电池上进行耐久性测试,当前已进行了逾万小时,根据实测结果来看,金属极板碳涂层耐蚀问题已被成功解决,符合2万小时以上设计寿命的表现。
贯彻产研结合推进金属极板产业化进阶
光掌握金属极板的结构工艺和材料技术还不够,对于上海治臻来说,要叩开燃料电池商业化大门,还需要将这项先进的技术实现大批量精密制造。
为探索批量化制造工艺,上海治臻的研发团队不断在工艺和制备技术上进行创新。经过十余年的研究,公司陆续掌握了极板多步成形误差补偿与激光焊接变形抑制技术、耐腐蚀导电多元材料复合涂层及多腔连续磁控溅射等原创工艺技术。
在解决碳涂层金属极板的量产方面,上海治臻基于真空镀膜技术的积累,成功开发了一套增强型等离子体沉积方案,将碳材料沉积速率提高了10倍,为连续镀膜产线的开发奠定了基础。同时在连续装备中引入等离子体闭环控制系统,实现了批量制备中的过程稳定性,保证了产品的一致性和可靠性。
上海治臻新型碳涂层金属极板实现量产
“面向客户及市场化需求,公司在金属双极板技术性能,量产能力,及产品的低成本化方面投入很多资源和精力。”上海治臻总经理蓝树槐曾在接受采访时表示,上海治臻为实现金属极板的低成本化批量生产,针对大功率燃料电堆的结构设计,提出形成水气传输和水热管理的金属双极板总体设计方法;并完成了超薄金属极板精密成形技术与长寿命解决方案,掌握了金属双极板量产集成技术及金属双极板制造装备的数字化及自动化解决方案。
在上海交大团队深厚的技术和经验积累加持之下,上海治臻自2016年3月公司正式成立之后,开始迅速步入发展的快车道。
2016年成立至今,上海治臻经营生产稳步向好,近年营业额达到阶梯式增长。公司为客户提供产品定制化开发,及联合开发服务,与国内众多知名主机厂、电堆公司以及著名高校均有合作。
到目前为止,上海治臻合作客户囊括上汽集团、新源动力、未势能源、上海氢晨等国内所有主流金属极板电堆厂商和主机厂。
从核心技术自主研发到量产工艺突破,再到批量交付客户,一路走来,上海治臻已经成为国产金属双极板的一张名片。
今年3月,上海治臻位于常熟高新区的全资子公司苏州治臻举行了年产千万片级金属极板产线投产仪式,该生产基地总投资达2.6亿元,全部达产后可以年产1000万片金属极板,成为当下全球最大金属极板生产基地。
上海治臻这次金属极板碳涂层工艺的突破,成功将数千小时产品寿命延长至2万小时以上,新型高端碳涂层技术一举迈过了金属极板电堆竞争力的最高门槛,同时还顺带把极板成本降低了一半,为实现燃料电池发动机的降本贡献甚大。
一路领跑,尽管已经在金属双极板领域抢占了有利位置,上海治臻仍然在着手准备下一代技术和产品的开发。
上海治臻方面透露,公司作为课题单位参与的科技部十三五重点研发计划《质子交换膜燃料电池专用极板基材开发》项目,是面向更未来的下一代金属极板研发,这代产品会从基材改性入手,彻底抛弃涂层环节,未来的金属极板将不再需要涂层,专用基材的开发将真正助力实现燃料电池双极板面向未来的制造需求。