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發展趨勢
隨著燃料電池汽車在國內示范運營的逐步推進，有關燃料電池的核心零部件也開啟了國產化進程，應用于燃料電池電堆的雙極板國產化進展相對較好。
“目前我們的雙極板產品已經被國內的主要燃料電池系統廠商所采用。”上海弘楓石墨制品有限公司一位高層告訴高工氫電，公司的雙極板產品一半出口，一半供給國內的燃料電池系統廠商。
目前能像上海弘楓這樣的能大批量對外供貨的國內企業不多，但是已經進入石墨雙極板行業的公司卻著實不少。
縱觀當下石墨雙極板制造商不難發現，國內目前多數企業均以石墨制品發家，真正進入燃料電池領域時間集中在2006年至2011年之間，之后便乘著市場發展的東風在市場上占據一定的份額。
根據高工產研氫電研究所（GGII）統計，上半年，國內涉及燃料電池電堆雙極板的供應商共有25家，25家中有16家設計、研發、生產石墨或復合雙極板，11家企業設計、研發、生產金屬雙極板，這25家企業中有15家產品僅供自用，10家對外供貨。
（數據來源：高工產研氫電研究所）
“在電堆的各項零部件中，國產化程度最高的就是雙極板了。”國內一家燃料電池系統企業的技術總監認為，當前國內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，石墨雙極板的主導地位5年內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。
（國內一家電堆廠給出的雙極板技術要求）
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、復合雙極板3大類，石墨雙極板目前是國內應用的主流。
從當前國內氫燃料電池汽車運營的實際情況來看，客車、物流車、環衛車、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域。
從高工產研氫電研究所(GGII)對全國主要氫燃料電池電堆及系統企業調研結果來看，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域。
工藝持續進步國產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設備及數控加工設備進行精修、流場設計與雕刻。
此外，在保持一定機械強度和良好阻氣作用的前提下，雙極板厚度應盡可能地薄，以減少對電流和熱的傳導阻力。
在體積大小方面，上海弘楓研發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問世便引起業內諸多關注，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受住車輛在實際運行中的震蕩還有待考究。
“目前國內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高層介紹，石墨雙極板的厚度還可以繼續降低，預計到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時代？
據了解，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化的必經之路。
從制作工藝路線上來看，目前國內的石墨雙極板大多采用機械加工的方式，這種方式雖然節省了開模具的費用，但是制作工藝復雜，加工周期過長，從而導致成本較高。
因此，國內亦有企業通過注塑開模的方式來縮短生產時長，提高產量，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，否則容易出現導電率差，強度不到位，容易發生形變等問題。
據了解，石墨雙極板在技術層面及商業化層面都相對成熟，如若繼續采用機械加工的方式，石墨雙極板的成本費用實難降低，且不易實現大批量生產。但是，考慮到當前示范運營階段的現狀，采購量的不穩定，多數企業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勢，但是雙極板公司并不能規定產品的尺寸規格，開模的成本太高，所以，并不適合當下的現實情況。”國內一家石墨雙極板技術負責人認為，模壓工藝更適合大批量生產的時代，目前條件尚未成熟。
除此之外，模壓工藝還需要優化石墨材料，開發出性能更優、成本更低、可供模壓成型的碳基材料。
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