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发布第一代金属双极板燃料电池电堆 骥翀氢能助力氢燃料汽车落地

2020-05-09 11:59
来源: 粤讯

近日,氢燃料电池电堆解决方案供应商骥翀氢能,对外发布了一款将用于氢燃料汽车的金属双极板燃料电池电堆产品——MH170,作为“MH”系列第一代产品,MH170采用了国际主流的金属双极板技术路线,具有比功率密度高、结构强度高、低温自启动能力强、量产工艺工序少易于批产、量产成本低等优势,可以满足大巴、物流车、中重卡车、特专车和乘用车等不同车型的需求。

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骥翀氢能第一代燃料电池金属双极板电堆产品——MH170

据骥翀氢能CEO付宇介绍,目前,市场上对氢燃料汽车最大的需求点仍然来自于产品性能和价格。因此,本次产品的定位是:国内一流金属板电堆,性能满足补贴要求、寿命领先竞争对手、成本优势显著。

从能源危机到“低碳生活”,优质能源氢燃料的商业化启程

1965年,美国科学家首次将氢燃料电池应用在了汽车上,自此为产业最初的研究计算起,人类已经在氢燃料汽车领域探索了半个多世纪;2013年,随着全球范围内一些车企的研发成果陆续上市,氢燃料电池汽车正式开始了其“商业化进程”。

同期,为了缓解能源危机、减少环境污染,同时调整经济模式、抢占全球发展机遇,中国也在大力发展新能源汽车,目前主要以电动车和氢燃料电池车为主。多个地方政府明确发布了相应补贴政策,同时在市场销售、公共服务、政府采购、特种用车上,规定必须有一定比例的新能源汽车。

过去几年我国主要在走锂电的路线,但是锂电存在的巡航里程短、充电时间长、电池载重量小、环境适应性差等问题仍没有得到很好的解决。这些问题上,氢电池则为新能源路线上起到了很好的补充作用。

举个例子,主流来说,纯电动车续航约200km,氢燃料车约350km,且可随储氢压力的提升进一步提升续驶里程;纯电动车充电需要半小时以上,而氢燃料车仅需要3-5分钟;纯电动车0度以下动力大幅度衰减,40度以上高温时电池续航受到很大影响,而氢燃料车在-30°-40环境范围内都能正常使用。可以说,氢能源不仅是全球能源与环境危机的理想解决方案,更是我国产业升级的重要战略方向。

长期面临电堆发展瓶颈,高壁垒行业如何走国产化道路?

作为氢燃料电池的核心部件,电堆是中国燃料电池产业发展,乃至氢燃料电池汽车产业的关键因素,几乎决定了整车的成本、性能和技术含量。电堆产品虽然看着结构简单,但整个电堆包括了氢与氧的气体传质、质子和电子传导、液态水的管理、热传导、力传递等多因素的耦合,产品工程设计难度大。

因此,必须将电堆作为一个整体进行一体化设计,使各个反应要素在全工况下都能够正常工作,从而保证整个电堆的长期稳定运行,而不是双极板和膜电极等电堆组件的简单堆叠。这对以“组装”技术擅长的中国制造业来说,无疑是个不小的挑战。

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氢燃料电池电堆结构图

据了解,当前在电堆的研发和产出上,由于技术的高壁垒和高投入,全球仅有少数大型车企和相关科研院所的创业团队有专业电堆的产品研发设计能力。而其他大多属于“拿来主义”,以集成和仿制为主;同时,国内供应链各环节都很匮乏,目前能提供成熟金属板电堆工艺开发和设备的供应商少之又少;且国产化产品尚未完全得到市场认证,短期难以大规模国产化替代。

此外,即使对于有钱的车企来说,也面临核心技术买不到,同时具有顶尖工艺的产线,数量有限且成本高昂。

高性能+低成本:攻破金属双极板技术 改善工艺工序助力量产

作为一支在氢燃料电池研发行业从业二十余年的队伍,骥翀氢能核心团队是国内为数不多“完整经历了车用电堆产品基础研究、产业化和国际合作”的工程化团队之一。创始人付宇自2001年以来先后在中科院大连化学物理研究所、新源动力暨燃料电池及氢源技术国家工程研究中心、爱德曼和上海重塑,20年来持之以恒从事电堆开发工作,有着非常深厚和丰富的技术积累与工程化经验。

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骥翀氢能CEO付宇博士

依托以上资源,骥翀氢能本次发布产品MH170,拥有自主知识产权,是全国产化的大功率车用金属板电堆,可以说对推动国产电堆进口替代起到了非常重要的作用。

目前,在国际上,双极板技术主要有石墨双极板技术和金属双极板技术。其中,石墨双极板由于在商用车领域验证充分,在产业化初期占据主要的市场份额,被大规模应用。而具有质量轻体积小、热容小、阻气性好、结构强度高、量产成本低、工艺简单、工序少等优势的金属双极板,却限制于贵金属涂层的材料和工艺技术,应用较少。2019年国内金属板电堆功率出货量增长510.36%,但仅占到了全年燃料电池功率出货量的9%。

考虑到车辆空间限制和批量制造便利性因素,金属双极板被国内外车企寄予了厚望。“石墨双极板将逐步被金属双极板所取代”更是热议话题。目前包括丰田、本田等国际一流车企都尚未完全攻克金属板高耐蚀导电的低成本量产技术,受此影响,金属双极板的市场份额有限,国产化程度更是极低。MH170采用了战略合作伙伴常州翊迈的第四代超高耐蚀导电非贵金属涂层技术,成功解决了金属双极板寿命这一行业技术难题。

得益于金属板设计,MH170的结构强度和低温自启动能力有着非常优秀的数据,在保证了车用环境下的可靠性、电池寿命长的同时,达到了-25~-30℃低温无辅助自启动,大大简化了系统、降低了下游成本。此外,还将石墨双极板8-10道的工艺工序减少到了仅有薄板成型、激光焊接和表面涂层3道工序,且均为成熟量产机械加工工艺,适于汽车行业批产和品控。

在最重要的性能上,对比目前市场上石墨板电堆的体积比功率在2kW/L以下,国产金属板电堆的体积比功率在2.5-2.8kW/L,国际主流车企的电堆为3.1kW/L。MH170第一代产品的比功率密电堆达到3.2 kW/L,在研的下一代电堆可达4.3 kW/L。

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MH170 燃料电池金属双极板电堆的基本参数和操作条件

同时,在单堆功率上,目前市场主流需求为燃料电池系统输出60kW,相应电堆需满足70kW以上净输出。基于此,MH170第一代产品功率设定为280节75kW,也可根据需求拓展至370节,届时单堆功率可达100kW以上。在研的下一代电堆单堆功率预计可超过130kW,可以满足目前绝大多数燃料电池系统的功率需求。

另外,骥翀氢能进行了成体系的自主研发,结合产品的正向设计,大幅降低了产品的研发成本。且由于电堆比功率密度高,达到同样功率可以减少材料用量,而且电堆装配和双极板生产都在内部完成,材料成本也极具优势。因此,该产品电堆产品较竞品的成本优势明显,未来每一代电堆成本较上一代可进一步降低30%-50%。

MH170:合作燃料电池系统头部企业 落地不同车型多种需求

作为骥翀氢能的第一代产品,MH170目前已和业内燃料电池系统头部企业达成合作协议,将用于大巴、物流车、重型卡车、特专车(垃圾车、清扫车)等,其中,重型卡车和特种车辆为客户首次应用。载重方面,可满足12吨左右的轻型重卡,未来可达20吨,满足主流需求。此外,与数家车企及系统集成商的合作也在洽谈中。

付宇认为,本次发布的M170第一代产品,充分验证了公司的电堆工程化设计能力、对产业链资源的把控、以及生产工艺和质量控制能力。从产品来看,对比数据后,无论是性能、寿命、可靠性还是成本等因素上,均做到了一定的改善;从企业发展来看,产品的发布使公司与系统商形成合力,加速对产品的迭代和研发,对公司长远稳步的发展起到非常重要的作用;从行业来看,标志着国产自主开发和替代进口产品的竞争趋势。

在产品规划上,随着第一代产品的交付应用,骥翀氢能计划于2个月后上市升级版电堆产品,单位面积的功率密度将从0.9W/cm2提升到1.2W/cm2,单堆最大输出功率从100kW提升到130kW以上。未来第二代产品将进一步提升到1.5W/cm2,单堆最大输出功率提升到160kW以上。

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