鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2019年11月28日
探討石墨雙極板制備工藝解讀行業(yè)發(fā)展趨勢
隨著燃料電池汽車在國內(nèi)示范運營的逐步推進，有關(guān)燃料電池的核心零部件也開啟了國產(chǎn)化進程，應(yīng)用于燃料電池電堆的雙極板國產(chǎn)化進展相對較好。
“目前我們的雙極板產(chǎn)品已經(jīng)被國內(nèi)的主要燃料電池系統(tǒng)廠商所采用。”上海弘楓石墨制品有限公司一位高層告訴高工氫電，公司的雙極板產(chǎn)品一半出口，一半供給國內(nèi)的燃料電池系統(tǒng)廠商。
目前能像上海弘楓這樣的能大批量對外供貨的國內(nèi)企業(yè)不多，但是已經(jīng)進入石墨雙極板行業(yè)的公司卻著實不少。
縱觀當下石墨雙極板制造商不難發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)目前多數(shù)企業(yè)均以石墨制品發(fā)家，真正進入燃料電池領(lǐng)域時間集中在2006年至2011年之間，之后便乘著市場發(fā)展的東風(fēng)在市場上占據(jù)一定的份額。
根據(jù)高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）統(tǒng)計，上半年，國內(nèi)涉及燃料電池電堆雙極板的供應(yīng)商共有25家，25家中有16家設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)石墨或復(fù)合雙極板，11家企業(yè)設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)金屬雙極板，這25家企業(yè)中有15家產(chǎn)品僅供自用，10家對外供貨。
（數(shù)據(jù)來源：高工產(chǎn)研氫電研究所）
“在電堆的各項零部件中，國產(chǎn)化程度最高的就是雙極板了。”國內(nèi)一家燃料電池系統(tǒng)企業(yè)的技術(shù)總監(jiān)認為，當前國內(nèi)上量的燃料電池車型中，以石墨雙極板電堆為主，雖然都缺乏足夠的實際運營驗證，石墨雙極板的主導(dǎo)地位5年內(nèi)不會被金屬雙極板替代。
石墨雙極板為何更適用于燃料電池商用車？
燃料電池雙極板（BipolarPlate，BP）又叫流場板，是電堆中的“骨架”，與膜電極層疊裝配成電堆，在燃料電池中起到支撐、收集電流、分配氣體，為冷卻液提供通道、分隔氧化劑和還原劑等作用。
從功能上來看，雙極板材料是電與熱的良導(dǎo)體、同時需要具有一定的強度以及氣體致密性等；考慮到燃料電池酸性、電位、濕熱環(huán)境下工作，雙極板還需要具備耐腐蝕性且對燃料電池其他部件與材料的相容無污染性。
（國內(nèi)一家電堆廠給出的雙極板技術(shù)要求）
當前，氫燃料電池常采用的雙極板主要包括石墨碳板、金屬雙極板、復(fù)合雙極板3大類，石墨雙極板目前是國內(nèi)應(yīng)用的主流。
從當前國內(nèi)氫燃料電池汽車運營的實際情況來看，客車、物流車、環(huán)衛(wèi)車、叉車等商用車型成為當前市場主推車型，而商用車的高頻次使用場景決定了其對零部件的耐久性有要求較高。
而石墨雙極板正是憑借其耐久性長，因而更適合當前示范運營的燃料電池商用車領(lǐng)域。
從高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)對全國主要氫燃料電池電堆及系統(tǒng)企業(yè)調(diào)研結(jié)果來看，中國氫燃料電池電堆以石墨雙極板為主，單堆額定功率以30kW居多，且主要面向商用車領(lǐng)域。
工藝持續(xù)進步國產(chǎn)雙極板接近國際一流水平
即便石墨雙極板目前市場需求量大，但其空隙問題、成本問題以及加工時長問題仍有待完善。
對此，部分像上海弘峻這樣的企業(yè)采用特殊真空加壓的方式浸漬石墨雙極板，減少了制造過程中的氣孔問題。通過特殊的浸漬工藝及溶液，對石墨雙極板進行封孔，大大減少孔隙率。在加工工藝上，則主要采用CNC設(shè)備及數(shù)控加工設(shè)備進行精修、流場設(shè)計與雕刻。
此外，在保持一定機械強度和良好阻氣作用的前提下，雙極板厚度應(yīng)盡可能地薄，以減少對電流和熱的傳導(dǎo)阻力。
在體積大小方面，上海弘楓研發(fā)的超薄石墨雙極板大大減少了燃料電池電堆的體積和重量，產(chǎn)品出口至美國、加拿大、意大利、韓國等國家。其超薄石墨雙極板一經(jīng)問世便引起業(yè)內(nèi)諸多關(guān)注，但由于石墨雙極板自身“易脆”的特性是其本身材料所決定的，太薄的石墨雙極板能否經(jīng)受住車輛在實際運行中的震蕩還有待考究。
“目前國內(nèi)最好的石墨雙極板在保證性能的情況下可以做到1.8毫米。”一位不愿具名的雙極板企業(yè)高層介紹，石墨雙極板的厚度還可以繼續(xù)降低，預(yù)計到2020年，石墨雙極板的厚度可以做到1.3毫米，電堆功率密度達到3.1kW/L，達到接近豐田第一代金屬雙極板的水平。
模壓工藝更適合大批量生產(chǎn)時代？
據(jù)了解，雙極板的加工成本占雙極板整體成本的60%以上，因此，尋找成本低廉的加工方法是燃料電池汽車加快國產(chǎn)化的必經(jīng)之路。
從制作工藝路線上來看，目前國內(nèi)的石墨雙極板大多采用機械加工的方式，這種方式雖然節(jié)省了開模具的費用，但是制作工藝復(fù)雜，加工周期過長，從而導(dǎo)致成本較高。
因此，國內(nèi)亦有企業(yè)通過注塑開模的方式來縮短生產(chǎn)時長，提高產(chǎn)量，嘉裕碳素就是其中一家。該公司將特定的粘合劑加入石墨粉中進行開模，然而采用這種方式必須對原材料的把控得當，否則容易出現(xiàn)導(dǎo)電率差，強度不到位，容易發(fā)生形變等問題。
據(jù)了解，石墨雙極板在技術(shù)層面及商業(yè)化層面都相對成熟，如若繼續(xù)采用機械加工的方式，石墨雙極板的成本費用實難降低，且不易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。但是，考慮到當前示范運營階段的現(xiàn)狀，采購量的不穩(wěn)定，多數(shù)企業(yè)并不愿意為模壓成型工藝過早投入較高的成本。
“模壓工藝在大批量制造方面的確有優(yōu)勢，但是雙極板公司并不能規(guī)定產(chǎn)品的尺寸規(guī)格，開模的成本太高，所以，并不適合當下的現(xiàn)實情況。”國內(nèi)一家石墨雙極板技術(shù)負責(zé)人認為，模壓工藝更適合大批量生產(chǎn)的時代，目前條件尚未成熟。
除此之外，模壓工藝還需要優(yōu)化石墨材料，開發(fā)出性能更優(yōu)、成本更低、可供模壓成型的碳基材料。
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