在本届东京燃料电池展览会上,我国燃料电池厂商新源动力首次发布最新一代燃料电池电堆模块HYMOD®-70。新产品系新源动力研发的第三代质子交换膜燃料电池,采用的是金属双极板,单堆功率85kW,电堆体积功率密度突破3.3 kW/L,具备良好的低温适应性,可在-30℃启动/40℃存储,适用于乘用车和商用车。
据新源动力公司的工程师透露,新品采用金属双极板的原因在于其体积功率密度高,结构简单,易于批量制造同时具有较好的电池水热管理优点。
与石墨双极板相比,金属双极板具有与之相似的高导电、导热能力,但后者拥有更好的机械强度、阻气能力和抗冲击能力,所以能做到更薄更轻,可大幅度提高比功率密度。同时,金属双极板制作工序较少,且量产工艺成熟,从而可大幅降低量产成本。
大幅降低的热容使金属板具备了更强的低温启动能力,而且双极板厚度可制备得非常薄——甚至可小于1mm,适合批量成产,大大降低了制作成本。应用于车用燃料电池时,从燃料电池高能量密度和大规模生产的需求方面考虑,金属双极板相较于石墨及复合双极板具有明显优势。
虽然金属板在成型细密化、残余应力控制、耐蚀性、设计自由度等方面存在缺点,但随着产业的发展,相关问题已经得以解决。
在金属成型方面,日本、欧洲等公司通过冲压、液压、高速热成型等工艺,已经解决了流道细密化和平整度问题。目前国内多家企业也已取得突破,接近或达到国外先进水平,而且成本大幅下降。
在金属板防腐涂层方面,国内企业也早已取得突破,使材料问题不再是金属板电堆寿命的短板。因为金属在燃料电池的工作环境下易被腐蚀,所以必须对金属的表面进行改性,目前金属板表面改性涂层工艺已发展至数种,广泛采用的表面技术有化学镀,电镀,热喷涂,PVD和CVD等多种。
在结构设计上,国内外均已趋于成熟,可以通过合理设计有效规避金属板固有的结构缺陷。丰田Mirai、本田Clarity、现代Nexo等量产燃料电池车型均采用金属双极板。
目前国际金属双极板供应商主要有瑞典Cellimpact、美国Dana、德国Grabener、美国treadstone等,国内企业有新源动力、爱德曼氢能等。
整体看,在欧、美、日等国家,金属双极板相关的技术、生产应用情况较好,在我国还有很大的提升空间。随着燃料电池产业化推进,金属薄板成型、表面涂层寿命等关键技术突破,金属双极板将以其比功率密度、低温启动能力、量产成本等优势,占领越来越多的市场份额。
