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發(fā)布第一代金屬雙極板燃料電池電堆 驥翀氫能助力氫燃料汽車落地

2020-05-09 11:33  來源:北國網(wǎng)  瀏覽:  

近日,氫燃料電池電堆解決方案供應(yīng)商驥翀氫能,對外發(fā)布了一款將用于氫燃料汽車的金屬雙極板燃料電池電堆產(chǎn)品——MH170,作為“MH”系列第一代產(chǎn)品,MH170采用了國際主流的金屬雙極板技術(shù)路線,具有比功率密度高、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、低溫自啟動能力強(qiáng)、量產(chǎn)工藝工序少易于批產(chǎn)、量產(chǎn)成本低等優(yōu)勢,可以滿足大巴、物流車、中重卡車、特專車和乘用車等不同車型的需求。


驥翀氫能第一代燃料電池金屬雙極板電堆產(chǎn)品——MH170

據(jù)驥翀氫能CEO付宇介紹,目前,市場上對氫燃料汽車最大的需求點(diǎn)仍然來自于產(chǎn)品性能和價格。因此,本次產(chǎn)品的定位是:國內(nèi)一流金屬板電堆,性能滿足補(bǔ)貼要求、壽命領(lǐng)先競爭對手、成本優(yōu)勢顯著。

從能源危機(jī)到“低碳生活”,優(yōu)質(zhì)能源氫燃料的商業(yè)化啟程

1965年,美國科學(xué)家首次將氫燃料電池應(yīng)用在了汽車上,自此為產(chǎn)業(yè)最初的研究計算起,人類已經(jīng)在氫燃料汽車領(lǐng)域探索了半個多世紀(jì);2013年,隨著全球范圍內(nèi)一些車企的研發(fā)成果陸續(xù)上市,氫燃料電池汽車正式開始了其“商業(yè)化進(jìn)程”。

同期,為了緩解能源危機(jī)、減少環(huán)境污染,同時調(diào)整經(jīng)濟(jì)模式、搶占全球發(fā)展機(jī)遇,中國也在大力發(fā)展新能源汽車,目前主要以電動車和氫燃料電池車為主。多個地方政府明確發(fā)布了相應(yīng)補(bǔ)貼政策,同時在市場銷售、公共服務(wù)、政府采購、特種用車上,規(guī)定必須有一定比例的新能源汽車。

過去幾年我國主要在走鋰電的路線,但是鋰電存在的巡航里程短、充電時間長、電池載重量小、環(huán)境適應(yīng)性差等問題仍沒有得到很好的解決。這些問題上,氫電池則為新能源路線上起到了很好的補(bǔ)充作用。

舉個例子,主流來說,純電動車?yán)m(xù)航約200km,氫燃料車約350km,且可隨儲氫壓力的提升進(jìn)一步提升續(xù)駛里程;純電動車充電需要半小時以上,而氫燃料車僅需要3-5分鐘;純電動車0度以下動力大幅度衰減,40度以上高溫時電池續(xù)航受到很大影響,而氫燃料車在-30°-40環(huán)境范圍內(nèi)都能正常使用??梢哉f,氫能源不僅是全球能源與環(huán)境危機(jī)的理想解決方案,更是我國產(chǎn)業(yè)升級的重要戰(zhàn)略方向。

長期面臨電堆發(fā)展瓶頸,高壁壘行業(yè)如何走國產(chǎn)化道路?

作為氫燃料電池的核心部件,電堆是中國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展,乃至氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵因素,幾乎決定了整車的成本、性能和技術(shù)含量。電堆產(chǎn)品雖然看著結(jié)構(gòu)簡單,但整個電堆包括了氫與氧的氣體傳質(zhì)、質(zhì)子和電子傳導(dǎo)、液態(tài)水的管理、熱傳導(dǎo)、力傳遞等多因素的耦合,產(chǎn)品工程設(shè)計難度大。

因此,必須將電堆作為一個整體進(jìn)行一體化設(shè)計,使各個反應(yīng)要素在全工況下都能夠正常工作,從而保證整個電堆的長期穩(wěn)定運(yùn)行,而不是雙極板和膜電極等電堆組件的簡單堆疊。這對以“組裝”技術(shù)擅長的中國制造業(yè)來說,無疑是個不小的挑戰(zhàn)。


氫燃料電池電堆結(jié)構(gòu)圖

據(jù)了解,當(dāng)前在電堆的研發(fā)和產(chǎn)出上,由于技術(shù)的高壁壘和高投入,全球僅有少數(shù)大型車企和相關(guān)科研院所的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊有專業(yè)電堆的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計能力。而其他大多屬于“拿來主義”,以集成和仿制為主;同時,國內(nèi)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)都很匱乏,目前能提供成熟金屬板電堆工藝開發(fā)和設(shè)備的供應(yīng)商少之又少;且國產(chǎn)化產(chǎn)品尚未完全得到市場認(rèn)證,短期難以大規(guī)模國產(chǎn)化替代。

此外,即使對于有錢的車企來說,也面臨核心技術(shù)買不到,同時具有頂尖工藝的產(chǎn)線,數(shù)量有限且成本高昂。

高性能+低成本:攻破金屬雙極板技術(shù) 改善工藝工序助力量產(chǎn)

作為一支在氫燃料電池研發(fā)行業(yè)從業(yè)二十余年的隊伍,驥翀氫能核心團(tuán)隊是國內(nèi)為數(shù)不多“完整經(jīng)歷了車用電堆產(chǎn)品基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化和國際合作”的工程化團(tuán)隊之一。創(chuàng)始人付宇自2001年以來先后在中科院大連化學(xué)物理研究所、新源動力暨燃料電池及氫源技術(shù)國家工程研究中心、愛德曼和上海重塑,20年來持之以恒從事電堆開發(fā)工作,有著非常深厚和豐富的技術(shù)積累與工程化經(jīng)驗(yàn)。


驥翀氫能CEO付宇博士

依托以上資源,驥翀氫能本次發(fā)布產(chǎn)品MH170,擁有自主知識產(chǎn)權(quán),是全國產(chǎn)化的大功率車用金屬板電堆,可以說對推動國產(chǎn)電堆進(jìn)口替代起到了非常重要的作用。

目前,在國際上,雙極板技術(shù)主要有石墨雙極板技術(shù)和金屬雙極板技術(shù)。其中,石墨雙極板由于在商用車領(lǐng)域驗(yàn)證充分,在產(chǎn)業(yè)化初期占據(jù)主要的市場份額,被大規(guī)模應(yīng)用。而具有質(zhì)量輕體積小、熱容小、阻氣性好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、量產(chǎn)成本低、工藝簡單、工序少等優(yōu)勢的金屬雙極板,卻限制于貴金屬涂層的材料和工藝技術(shù),應(yīng)用較少。2019年國內(nèi)金屬板電堆功率出貨量增長510.36%,但僅占到了全年燃料電池功率出貨量的9%。

考慮到車輛空間限制和批量制造便利性因素,金屬雙極板被國內(nèi)外車企寄予了厚望。“石墨雙極板將逐步被金屬雙極板所取代”更是熱議話題。目前包括豐田、本田等國際一流車企都尚未完全攻克金屬板高耐蝕導(dǎo)電的低成本量產(chǎn)技術(shù),受此影響,金屬雙極板的市場份額有限,國產(chǎn)化程度更是極低。MH170采用了戰(zhàn)略合作伙伴常州翊邁的第四代超高耐蝕導(dǎo)電非貴金屬涂層技術(shù),成功解決了金屬雙極板壽命這一行業(yè)技術(shù)難題。

得益于金屬板設(shè)計,MH170的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和低溫自啟動能力有著非常優(yōu)秀的數(shù)據(jù),在保證了車用環(huán)境下的可靠性、電池壽命長的同時,達(dá)到了-25~-30℃低溫?zé)o輔助自啟動,大大簡化了系統(tǒng)、降低了下游成本。此外,還將石墨雙極板8-10道的工藝工序減少到了僅有薄板成型、激光焊接和表面涂層3道工序,且均為成熟量產(chǎn)機(jī)械加工工藝,適于汽車行業(yè)批產(chǎn)和品控。

在最重要的性能上,對比目前市場上石墨板電堆的體積比功率在2kW/L以下,國產(chǎn)金屬板電堆的體積比功率在2.5-2.8kW/L,國際主流車企的電堆為3.1kW/L。MH170第一代產(chǎn)品的比功率密電堆達(dá)到3.2 kW/L,在研的下一代電堆可達(dá)4.3 kW/L。


MH170 燃料電池金屬雙極板電堆的基本參數(shù)和操作條件

同時,在單堆功率上,目前市場主流需求為燃料電池系統(tǒng)輸出60kW,相應(yīng)電堆需滿足70kW以上凈輸出?;诖?,MH170第一代產(chǎn)品功率設(shè)定為280節(jié)75kW,也可根據(jù)需求拓展至370節(jié),屆時單堆功率可達(dá)100kW以上。在研的下一代電堆單堆功率預(yù)計可超過130kW,可以滿足目前絕大多數(shù)燃料電池系統(tǒng)的功率需求。

另外,驥翀氫能進(jìn)行了成體系的自主研發(fā),結(jié)合產(chǎn)品的正向設(shè)計,大幅降低了產(chǎn)品的研發(fā)成本。且由于電堆比功率密度高,達(dá)到同樣功率可以減少材料用量,而且電堆裝配和雙極板生產(chǎn)都在內(nèi)部完成,材料成本也極具優(yōu)勢。因此,該產(chǎn)品電堆產(chǎn)品較競品的成本優(yōu)勢明顯,未來每一代電堆成本較上一代可進(jìn)一步降低30%-50%。

MH170:合作燃料電池系統(tǒng)頭部企業(yè) 落地不同車型多種需求

作為驥翀氫能的第一代產(chǎn)品,MH170目前已和業(yè)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)頭部企業(yè)達(dá)成合作協(xié)議,將用于大巴、物流車、重型卡車、特專車(垃圾車、清掃車)等,其中,重型卡車和特種車輛為客戶首次應(yīng)用。載重方面,可滿足12噸左右的輕型重卡,未來可達(dá)20噸,滿足主流需求。此外,與數(shù)家車企及系統(tǒng)集成商的合作也在洽談中。

付宇認(rèn)為,本次發(fā)布的M170第一代產(chǎn)品,充分驗(yàn)證了公司的電堆工程化設(shè)計能力、對產(chǎn)業(yè)鏈資源的把控、以及生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制能力。從產(chǎn)品來看,對比數(shù)據(jù)后,無論是性能、壽命、可靠性還是成本等因素上,均做到了一定的改善;從企業(yè)發(fā)展來看,產(chǎn)品的發(fā)布使公司與系統(tǒng)商形成合力,加速對產(chǎn)品的迭代和研發(fā),對公司長遠(yuǎn)穩(wěn)步的發(fā)展起到非常重要的作用;從行業(yè)來看,標(biāo)志著國產(chǎn)自主開發(fā)和替代進(jìn)口產(chǎn)品的競爭趨勢。

在產(chǎn)品規(guī)劃上,隨著第一代產(chǎn)品的交付應(yīng)用,驥翀氫能計劃于2個月后上市升級版電堆產(chǎn)品,單位面積的功率密度將從0.9W/cm²提升到1.2W/cm²,單堆最大輸出功率從100kW提升到130kW以上。未來第二代產(chǎn)品將進(jìn)一步提升到1.5W/cm²,單堆最大輸出功率提升到160kW以上。

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