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在本屆東京燃料電池展覽會上,我國燃料電池廠商首次發布代燃料電池電堆模塊HYMOD-70。新產品系新源動力研發的第三代質子交換膜燃料電池,采用的是金屬雙極板,單堆功率85kW,電堆體積功率密度突破3.3kW/L,具備良好的低溫適應性,可在-30℃啟動/40℃存儲,適用于乘用車和商用車。
金屬雙極板具有優異的導電、導熱性能、機械加工性、致密性,以及強度高、阻氣性好等優勢,可以為汽車應用提供良好的動力密度、低溫(-40℃)啟動保障,適合大批量低成本生產。考慮到車輛空間限制問題,金屬雙極板被國內外車企,尤其是乘用車企寄予了厚望。
新品采用金屬雙極板的原因在于其體積功率密度高,結構簡單,易于批量制造同時具有較好的電池水熱管理優點。
與石墨雙極板相比,金屬雙極板具有與之相似的高導電、導熱能力,但后者擁有更好的機械強度、阻氣能力和抗沖擊能力,所以能做到更薄更輕,可大幅度提高比功率密度。同時,金屬雙極板制作工序較少,且量產工藝成熟,從而可大幅降低量產成本。
大幅降低的熱容使金屬板具備了更強的低溫啟動能力,而且雙極板厚度可制備得非常薄——甚至可小于1mm,適合批量成產,大大降低了制作成本。應用于車用燃料電池時,從燃料電池高能量密度和大規模生產的需求方面考慮,金屬雙極板相較于石墨及復合雙極板具有明顯優勢。
雖然金屬板在成型細密化、殘余應力控制、耐蝕性、設計自由度等方面存在缺點,但隨著產業的發展,相關問題已經得以解決。
在金屬成型方面,日本、歐洲等公司通過沖壓、液壓、高速熱成型等工藝,已經解決了流道細密化和平整度問題。目前國內多家企業也已取得突破,接近或達到國外先進水平,而且成本大幅下降。
在金屬板防腐涂層方面,國內企業也早已取得突破,使材料問題不再是金屬板電堆壽命的短板。因為金屬在燃料電池的工作環境下易被腐蝕,所以必須對金屬的表面進行改性,目前金屬板表面改性涂層工藝已發展至數種,廣泛采用的表面技術有化學鍍,電鍍,熱噴涂,PVD和CVD等多種。
在結構設計上,國內外均已趨于成熟,可以通過合理設計有效規避金屬板固有的結構缺陷。豐田Mirai、本田Clarity、現代Nexo等量產燃料電池車型均采用金屬雙極板。
目前國際金屬雙極板供應商主要有瑞典Cellimpact、美國Dana、德國Grabener、美國treadstone等,國內企業有新源動力、愛德曼氫能等。
整體看,在歐、美、日等,金屬雙極板相關的技術、生產應用情況較好,在我國還有很大的空間。隨著燃料電池產業化推進,金屬薄板成型、表面涂層壽命等關鍵技術突破,金屬雙極板將以其比功率密度、低溫啟動能力、量產成本等優勢,占領越來越多的市場份額。
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