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    材料技術突破 關鍵部件降本

    發布日期: 2019-07-05
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    作為高技術門檻的新興行業,燃料電池行業正面臨著技術不成熟、成本高昂等難題。這需要整車企業、燃料電池電堆及系統企業、核心材料企業、關鍵零部件企業及裝備企業協同合作,共同推進國產燃料電池的產業化進程。

     

    繼7月3日一系列重磅演講之后,7月4日,以“風口上起舞,刀口上前行”為主題的“2019高工氫電產業高峰論壇”在上海浦東嘉里大酒店3樓浦東廳精彩繼續,來自車企、電堆及系統、核心材料、關鍵零部件、設備及氫氣制儲運等產業鏈各個環節的超500位企業高層將共聚一堂,圍繞產品技術、行業發展趨勢及企業應對策略展開深度探討交流。

     

    在7月4日的會議上,車企開沃汽車,電堆及系統企業武漢泰歌、氫途科技、國鴻氫能、神力科技、清能股份、新研氫能、雄韜氫雄、浙江潤豐,核心材料/雙極板企業及科研機構Gore(美國戈爾)、武漢理工大學、恒大新材、西北有色金屬研究院、上海濟平、上海弘楓、上海治臻,關鍵零部件企業濰坊富源、北京動力源、福瑞電氣、雪人股份,設備企業寶德精密、科威爾、世椿智能等企業高層,或發表演講,或參與圓桌對話,為國產技術進步獻計獻策。

     

    燃料電池整車環節

     開沃汽車技術中心研究一院院長陳青生

     

    開沃汽車技術中心研究一院院長陳青生發表“燃料電池客車示范運營淺析”主題演講。2016年11月,開沃汽車獲得氫燃料電池客車生產資質(全guo第四家);2016年開發12米氫燃料電池客車(第291批公告),該車型已在鹽城投入10臺示范運營;2017年開發第二代氫燃料電池客車,并在武漢投入示范運營;2018年開發第三代氫燃料電池客車,已在大同、武漢等地投入示范運營。

     

    在氫燃料電池客車領域,開沃汽車擁有四大核心技術:1、氫-電混動系統you匹配:氫-電耦合you匹配技術,兼顧整車綜合性能與成本;2、自主正向動力電池開發:自主開發30-50kWh高倍率動力電池,大充放電能力可達5C;3、能量管理與壽命平衡:能量流you管控策略,兼顧整車能耗、燃料電池與峰值電源壽命;4、結構優化設計與安全保障:氫燃料客車車身優化設計,保障結構安全。

     

    陳青生表示,經過多年的發展,與xian進水平相比,中國燃料電池汽車在整車總體布置、動力性、氫氣消耗量等基本性能方面已經差距不大,在動力系統的集成和控制方面也有明顯進步,但在關鍵材料及工藝、關鍵零部件、整車集成以及耐久性等方面,國內多處在試生產、小規模生產階段,差距明顯。

     

    燃料電池電堆及系統環節

     

    武漢泰歌執行官朱水興

     

    武漢泰歌執行官朱水興發表了“氫燃料電池系統控制策略與開發應用”的主題演講。朱水興介紹,氫能動力系統開發過程包括動力仿真計算、失效模式分析、結構設計、CAE/CFD仿真、零部件試制、零部件測試、系統匹配、系統測試等。

     

    2018年9月28日,由武漢泰歌與南京金龍聯合開發的“開沃·泰歌”號氫能動力公交車在東湖高新區359路線上示范運行,至2019年6月23日單臺車累計運行里程超過2.7萬公里;2019年4月4日,武漢泰歌8.5米“開沃·泰歌”號氫燃料電池公交車正式編入武漢漢南公交272路開展載客運營工作,至2019年6月23日累計運行里程超過10700公里,氫能動力系統*。

    氫途科技總經理周鴻波

    氫途科技總經理周鴻波發表題為“車用燃料電池發動機的開發與商業化推廣”的主題演講。周鴻波表示,燃料電池發動機系統有幾個關鍵性指標,分別是功率密度、低寒/高溫/高原、防護等級、gao效率、控制效果、工作噪聲、動態響應能力及絕緣電阻。其中,控制效果取決于壓力和溫度控制精度、陰陽極壓差、關機策略及健康管理策略。

     

    周鴻波認為燃料電池發動機的穩定性是首要解決的問題,既要滿足上游電堆匹配發揮大的功效,還要滿足下游整車工況的需求;其次是發動機廠商出廠測試,品控體系需完善;目前大部分整車場對發動機的理解仍不足;相關行車數據的積累對燃料電池系統的更新迭代尤為關鍵。

     

    國鴻氫能副總經理燕希強

     

    國鴻氫能副總經理燕希強發表“佛山云浮共建氫能產業實踐與思路”的主題演講。燕希強介紹,佛山云浮氫能產業是目前國內“氫能產業發展基礎hao、發展步伐快、產業集聚度高”的氫能產業園區,已將成較為完善的產、學、研一體的氫能產業基地。

     

    佛山云浮“超前”思維與格局:1、對口幫扶云浮,兩市進行共建,帶動云浮市產業轉型升級;2、在全國都跟著美國特斯拉大干純電動汽車時,大膽選擇氫能汽車產業作為主攻方向;3、在發達國家選擇氫能乘用車作為突破口時,大膽選擇氫能商用車作為突破口;4、在全國公認日本豐田為xian進氫能車技術時,我們大膽選擇加拿大巴拉德公司進行合作;5、在全國都選擇用增程電電混合式研發系統時,我們大膽選擇30kW動力系統研發作為開始。

     

    燕希強還介紹了佛山氫能產業發展“1111”戰略:1、依托佛山綠色發展創新研究院成功打造一個國家ji氫能產業標準化創新基地;2、依托季華實驗室成功打造一個具有水平的氫能產業核心技術研發平臺;3、依托佛山制造業轉型升級目標成功打造一個中國氫能產業大會品牌;4、依托低碳環保綠色發展戰略成功打造一個1000臺以上氫能商用車運營城市。

    神力科技副總經理周斌

     

    神力科技副總經理周斌發表了“自主燃料電池電堆的產業化實踐”的主題演講。作為擁有20年研發積累的企業,神力科技專注于自主燃料電池的開發與產業化,神力科技擁有473項專li申請,屬我國燃料電池行業中申請數量多的公司,累計承擔各個國家863和省部級的項目課題超過40項,已通過中國合格評定國家認可委員會(CNAS)現場評審,將有95項燃料電池電堆和發動機檢測能力被推薦認可,這是對神力科技研發能力的充分認可和肯定。

     

    在會議上,周斌結合燃料電池發動開發的痛點,引申并分享了神力科技的燃料電池電堆的V型開發模式,在其看來,設計驗證(包括產品設計、驗證方案設計和有效性評價)能力強弱決定了產品開發能力的高低,測試評價能力是產品開發過程和質量保證的重要手段。

     

    所以,神力科技十分注重研發投入,除了建立了高學歷專業人才隊伍外,公司也將產品測試作為產品開發過程和質量保證的重要手段。神力科技建設了一liu的企業燃料電池測試中心,該中心占地1500平方米,配備各類大型儀器設備100臺套,儀器總價值逾6000萬元,承擔燃料電池產品設計驗證評估測試、原材料導入評價、產品出廠檢驗、委托檢測等任務,測試對象涉及燃料電池關鍵零部件和原材料、電堆、模塊、燃料電池發動機和配套輔助系統等各類測試。

    江蘇清能新能源技術股份有限公司總經理張弛

     

    江蘇清能新能源技術股份有限公司總經理張弛發表了“國產電堆商業化突圍”的主題演講。

     

    清能新能源成立于2003年,為多個汽車客戶提供燃料電池系統,及大型電站系統。公司國產電堆商業化突圍方向:1、高功率—長途重載應用的商業化基本需求;2、原創性技術—世界范圍內的技術競爭力;3、成本優勢—技術及深度網絡。

     

    原創性技術方面,公司自主研發超薄非常規流道石墨極板,擁有高功率密度(超過1.5W/cm2,4KW/L)、長壽命(超2萬小時)等優勢,已申請PCT、中國、美國等多國專li。自增濕設計有助于簡化系統結構,降低成本,并提高系統效率;通過*的水分擴散控制技術實現,在較厚的質子交換膜(15u)下,實現部分自增濕。

    新研氫能技術官齊志剛

     

    新研氫能技術官齊志剛發表了“金屬極板及其電堆開發進展”的主題演講。新研氫能專注研發生產燃料電池極板、電堆、發電系統和測試臺。公司在北京、大連和大同分別設有子公司:北京新研、大連擎研、大同新研。

     

    大同新研已與中通客車完成22輛9噸燃料電池物流車的裝配,另外30輛也將在近期完成。公司與某客車企業達成了燃料電池客車的開發協議,預計該車于2019年8月上公告,并與2019年年底形成小批量訂單。公司計劃于2019年底之前共有2款物流車和2款客車上工信部公告。公司將在2019年下半年開始40kW級金屬板電堆和系統的市場推廣,和重要目標客戶建立戰略合作伙伴關系。

     

    齊志剛透露,公司下一步工作有:優化磨具及極板成形條件;優化膜電極/極板匹配;為60~80kW電堆開發金屬極板;實現每步半自動化或自動化生產,包括成形、焊接、鍍層、封裝、檢漏等;實現生產全鏈條自動化或半自動化;達到年產1000個>40kW電堆的規模;2kW級空冷電堆達到1kW/kg的功率密度。

    雄韜氫雄技術總監王立明

     

    雄韜氫雄技術總監王立明在論壇上圍繞“氫燃料電池研發進展與產業化挑戰”發表主題演講。談及當前中國氫燃料電池研發進展及未來發展趨勢,王立明表示,催化劑方面,研究新型高穩定、高性能的低Pt或非Pt催化劑是目前熱點,低Pt催化劑是未來應用趨勢;質子交換膜方面目前以全氟磺酸型膜為主流,復合膜、高溫膜、堿性膜是未來發展方向;

     

    膜電極制備方面,國內大部分廠商選擇第二代CCM三合一膜電極技術,有序化膜電極工藝是未來發展趨勢;國內燃料電池電堆以中高壓路線為主,各項指標正在邁入前列;儲氫裝置未來向高壓化、輕量化、低成本方向發展。

     

    王立明直言,雖然燃料電池研發已經取得一定進展,但想要實現產業化還面臨著諸多挑戰。

     

    燃料電池核心材料及雙極板環節

     

    武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室唐浩林教授發表了“燃料電池質子交換膜制造技術”的主題演講。武漢理工大學從2003年開始有16年的質子交換膜研究歷史。武漢理工大學在全氟磺酸樹脂分散技術、高填充度復合質子交換膜制備技術、質子交換膜溶脹應力控制技術和缺陷基團原位消除技術等涉及質子交換膜制備技術、壽命和可靠性的應用基礎性研究方面具有較多的積累。

     

    在會議上,唐浩林教授著重講了質子交換膜的性能需求、樹脂溶液的選型與處理、制造技術對膜滲透值的控制、制造技術對膜壽命的優化、張力的控制需求等五個方面。他強調,由于在質子交換膜的生產制造過程中,精度要求高、沒明顯屈服點,多孔PTFE接觸漿料收縮,樹脂溶劑化膨脹,干燥與熱處理收縮,所以對裝備要求非常高。裝備技術的進步對國產質子交換膜的量產應用意義重大。

    Gore(美國戈爾)產品經理Takao Ohshima

     

    Gore(美國戈爾)產品經理Takao Ohshima發表了“PEM燃料電池膜的性能和機械耐久性平衡”的主題演講。在車用燃料電池質子交換膜領域,戈爾創造性地發明ePTFE(膨體聚四氟乙烯)的專有增強膜技術,所以核心產品GORE-SELECT®PEM具有超薄、耐用、高功率密度的特性,與領xian的新能源汽車制造商和燃料電池公司有著廣泛而深入的合作。

     

    Takao Ohshima說,戈爾具有定制ePTFE的結構來滿足燃料電池膜需求的專有技術,并且能夠大批量供貨、質量一致性高而且成本低。戈爾以*ePTFE技術打破成本-性能-耐久性之間的常規權衡,助力實現低成本$/kW的系統。

    恒大新材氫燃料電池用膠技術工程師石曦澤

    恒大新材氫燃料電池用膠技術工程師石曦澤發表題為“氫燃料電池用密封膠”的主題演講。石曦澤表示,氫燃料電池是由很多小電池單元組成。單元電池是由膜電極,陰極板和陽極板組合而成,各層之間用膠密封,防止氫氣和氧氣泄漏,后將單元電池層層疊加形成燃料電池組件。

     

    石曦澤認為,施膠工藝的不同促使產品產生差異化,單組分密封膠施膠工藝采機器點膠,膠水直接涂敷于部件表面然后固化,通常不需要模具,膠水固化后有一定的粘結力;雙組分密封膠施膠工藝采用注射成型,需要特制模具,膠水固化后粘結力較小。

    西北有色金屬研究院楊喬森教授

     

    西北有色金屬研究院楊喬森教授在論壇上分享鉑炭催化劑產業化現狀及發展趨勢。楊喬森指出,催化劑就是整個氫燃料電池行業的命脈。因而,催化劑的國產化是氫燃料電池發展的亟需解決的核心材料成本問題。

     

    目前hao的催化劑仍是Pt和Pt基催化劑。國內已實現燃料電池鉑催化劑量產,但距離xian進水平仍有差距。本田Clarity催化劑Pt含量降至0.12g/kw,豐田Mirai燃料電池催化劑Pt含量達到0.175g/kw,而我國的鉑用量大概在0.3~0.4g/kw。未來,國內燃料電池鉑炭需進一步降低Pt用量。

    上海弘楓總工王剛

     

    上海弘楓總工王剛發表題為“機加工石墨雙極板制備工藝及發展趨勢”的主題演講。據王剛介紹,為積極響應國家推動燃料電池零部件國產化的要求,滿足石墨雙極板行業未來趨勢,弘楓實業已經擴大現有生產規模,可以年產150萬件的機加工石墨雙極板。

     

    王剛表示,石墨雙極板成本之所以高的原因在于其加工方式,弘楓實業主要采用機加工,以此保證產品的一致性、可靠性。倘若針對石墨雙極板的進行設備引入,終的產品成本價格將難以為市場所接受,而弘楓實業的設備不止針對燃料電池這一單一行業,因此該公司的產品在價格上具有一定的競爭力。

    上海治臻總經理藍樹槐博士

     

    上海治臻總經理藍樹槐博士發表“燃料電池金屬雙極板發展趨勢與產業化挑戰”的主題演講。上海治臻由上海交通大學科研團隊(該團隊擁有十多年金屬雙極板研發經驗)發起建立,累計開發6代具有自主知識產權的金屬雙極板,主要應用于燃料電池汽車、船舶動力和無人機等新能源裝備領域。支持了上汽等國內多家汽車主機廠和新源動力等燃料電池電堆企業的燃料電池金屬板電堆技術發展。

     

    藍樹槐博士表示,燃料電池金屬雙極板有幾大挑戰:一是燃料電池汽車定制需求多樣化;二是車用燃料電池制造工藝要求高;三是超薄金屬極板高質量大批量制造難度高。

     

    上海治臻擁有金屬雙極板“全工藝鏈集成”的自主核心技術,能夠面向大規模量產的智能制造穩健工藝開發。公司提出雙極板制造工藝穩健設計方法,提高參數敏感性分析和穩健優化,顯著降低質量對工藝波動的敏感性。

     

    燃料電池關鍵零部件環節

    濰坊富源總經理吳瑞峰

     

    濰坊富源總經理吳瑞峰發表題為“燃料電池用空氣懸浮離心壓縮機技術研發難點及未來發展趨勢”的主題演講。目前離心式空氣壓縮機的研發技術難點體現在高速電機、軸承技術、高性能壓氣機和高性能電驅系統四個方面。

     

    吳瑞峰認為,未來離心空氣壓縮機的中控制系統與主機系統將集合在一起,特別是在乘用車的應用上,要求提及更小,功率更大。

     

    北京動力源產品總工侯鈺珠

     

    北京動力源產品總工侯鈺珠發表題為“車載大功率燃料電池DC/DC變換器”的主題演講。侯鈺珠表示,DC/DC變換器在氫動力系統中屬于關鍵部件,起著至關重要的作用。燃料電池輸出的寬范圍電壓通過DC/DC進行升壓穩壓,一款的燃料電池DC/DC應具備做夠的動態響應能力,同時不會對電堆壽命及整車安全性造成影響。

     

    侯鈺珠介紹道,“燃料電池DC/DC分隔離型與非隔離型兩種,其中非隔離型具有拓撲結構簡單、低成本等特點,然而其痛點在于冷卻過程中無法做到完全絕緣。此外,非隔離型DC/DC相較于隔離型DC/DC抗干擾能力弱,隔離型增強了過載短路保護能力。”

    福瑞電氣總共湯忠

     

    福瑞電氣總共湯忠發表題為“燃料電池DC-DC變換器--產品及技術發展趨勢”的主題演講。湯忠表示,FCDC-DC在燃料電池動力系統中的核心功能是將燃料電池產生的能量傳遞給MCU(電機控制器)等,同時通過支撐電池將燃料電池的輸出同電機控制器的輸入解耦,改變FC輸出特性,滿足動力系統恒壓源、動態響應等方面的要求。

     

    湯忠認為,高能效、高功率密度、集成化、高性價比是燃料電池DC-DC變換器的發展趨勢。對于非隔離型DC-DC功率電路拓撲需要考慮的是電堆系統絕緣性能對BMS絕緣監測的影響。

     

    燃料電池設備環節

    寶德精密董事長牛高堂

     

    寶德精密董事長牛高堂發表了“受困工藝與成本?創新設備攻克膜電極量產痛點”的主題演講。寶德*的技術核心特點體現在高真空貼合、軟對軟貼合、軟對硬貼合、系統開發等方面。公司自主研發一系列精密貼合及組裝設備,均供貨給行業內企業?;诔墒斓木苜N合設備經驗,近年來公司開始向設備開發難度*的半導體行業、新興燃料電池膜電極行業延伸,并根據不同工藝提供相應的自動化貼合解決方案。

     

    牛高堂表示,質子膜貼合工藝存在“小批量多型號效率低、材料工藝更新快設備投資謹慎、膜薄易皺、氣泡不易排出、保護膜剝離難、良率低、一致性差”等痛點。

     

    “公司從擅長的熱壓貼合設備入手,同時結合做自動化產線的豐富經驗,可以逐步根據客戶需求提供相應的服務。”牛高堂說,公司存在的意義并不是簡單地賣設備,而是從產業發展角度,與客戶進行戰略上的深度溝通,逐步提供相應的解決方案。

     

     

    科威爾燃料電池產品線研發總監彭凱

     

    科威爾燃料電池產品線研發總監彭凱發表了“核心部件全面測試,助力燃料電池行業快速發展”的主題演講。科威爾成立于2011年,8年來立足于電力電子交換技術、測控技術平臺的“相通性”,不斷開拓新興行業的各類產品線。公司早發力新能源發電行業,聚焦光伏逆變器的測試設備,如今已成為該領域的企業;其后延伸至新能源汽車領域,產品涵蓋核心三電(電池、電機、電控)測試設備、充電樁等測試設備等。

     

    近年來隨著燃料電池行業的興起,科威爾開始大力攻關燃料電池測試設備技術。在團隊努力下,科威爾快速推出電堆測試系統、燃料電池發動機測試系統。新的產品和原有的DC/DC測試系統、大功率回饋式電子負載形成了完整的測試產品線。

    世椿智能副總裁*志

     

    世椿智能副總裁*志發表了“彌補燃料電池工藝設備版圖的缺失”主題演講。世椿智能成立于2005年,是一家集自動化流體控制設備的研發、生產、銷售、售后技術服務為一體的國家ji高新技術企業。在燃料電池興起之際,世椿智能在客戶需求帶動下,于2014年進入燃料電池設備領域。經過多年的研發,公司制造出了應用于膜電極封裝設備及產線和石墨雙極板自動點膠機和封裝生產線等產品,得到了業內客戶的廣泛認可。

     

    *志表示,現階段燃料電池雙極板/膜電極生產工藝亟需解決痛點:產品密封性要求高、產品生命周期短、自動化程度低、勞動密集、效率低、勞動力成本高。氫能電池批量化生產困境脫危途徑:新材料/新工藝的研發導入;制定國家/行業標準;行業專業設備的開發與導入;工業機器人的導入,提高生產效率;產業智能制造改造升級,提率,降低成本。


     

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