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在“雙碳”目標(biāo)指引下,以綠色冬奧會(huì)為契機(jī),氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展階段,燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也隨之進(jìn)入高速公路。
雙極板作為燃料電池的核心部件之一,占燃料電池總重量的80%、成本的24%,其基礎(chǔ)材料應(yīng)具有強(qiáng)度高、致密性好、導(dǎo)熱性能好等特點(diǎn),材料的選擇將直接影響燃料電池的電性能和使用壽命。
三種材料的雙極板比較
根據(jù)材料的不同,可以分為石墨雙極板、金屬雙極板、復(fù)合材料雙極板。上述三種材料的雙極板各有特點(diǎn)。
石墨是質(zhì)子交換膜燃料電池正極板中首次使用的材料,腐蝕性、耐久性高,但制造周期長(zhǎng),耐壓性低,加工難度大,制造成本高,適合生產(chǎn)專(zhuān)用車(chē)和客車(chē),代表性企業(yè)有抒情歌、目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)規(guī)?;?。
其中,基于薄形態(tài)的金屬雙極板具有優(yōu)異的力學(xué)性能和導(dǎo)電導(dǎo)熱性,比電力的電堆體積密度高、成本低、可批量生產(chǎn),轎車(chē)一般采用金屬雙極板,但金屬雙極板表面容易腐蝕,產(chǎn)生鐵離子,降低電爐性能的銅。時(shí)表面形成金屬鈍化膜,接觸電阻增加,使用壽命低,金屬雙極板的表面腐蝕能力是制約電爐壽命的關(guān)鍵,金屬雙極板主要應(yīng)用于轎車(chē)領(lǐng)域,代表性企業(yè)有豐田汽車(chē)等,目前國(guó)內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
復(fù)合材料雙極板由于生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高的缺點(diǎn),在應(yīng)用方面受到很大限制。
石墨正極板已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)規(guī)?;?/strong>
石墨雙極板技術(shù)比較成熟,基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)指標(biāo)提前突破了2025年國(guó)家目標(biāo),國(guó)內(nèi)石墨雙極板技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速,基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,目前加碳生產(chǎn)的石墨雙極板端面槽厚0.5mm,雙面槽厚0.8mm,多組石墨雙極板厚度1.3mm左右,提前突破了國(guó)家制定的2025年前單組石墨雙極板厚度1.5mm的要求。
國(guó)內(nèi)雙極板企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)趨勢(shì)明顯
國(guó)內(nèi)雙極板重點(diǎn)企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)趨勢(shì)明顯,2021年3月上海市年產(chǎn)1000萬(wàn)條級(jí)金屬極板生產(chǎn)線(xiàn)在常熟市投產(chǎn),是目前世界上最大的金屬極板生產(chǎn)線(xiàn),據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前全國(guó)燃料電池雙極板總產(chǎn)能年產(chǎn)能超過(guò)2000萬(wàn)條。2021年我國(guó)主流雙極板企業(yè)的出貨量均出現(xiàn)了較大增長(zhǎng),金屬雙極板領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了單一企業(yè)單一客戶(hù)出貨百萬(wàn)張的現(xiàn)象,石墨板市場(chǎng)的各項(xiàng)出貨也出現(xiàn)了較大增長(zhǎng),圓滿(mǎn)編級(jí)發(fā)貨企業(yè)的發(fā)貨量級(jí)達(dá)到10萬(wàn)份以上,頭部企業(yè)每年的發(fā)貨量都在增長(zhǎng)。很明顯,銀超過(guò)50萬(wàn)份。
降低正極板進(jìn)口稅率
2022年1月1日起,我國(guó)對(duì)954種商品實(shí)行低于最惠國(guó)稅率的進(jìn)口暫定稅率,包括增壓器、循環(huán)泵、膜電極配件、雙極板、碳電極片等5個(gè)燃料電池核心零部件,膜電極和正極板的進(jìn)口關(guān)稅將從8%降至4%。
降低進(jìn)口稅率,將進(jìn)一步促進(jìn)燃料電池的核心技術(shù)創(chuàng)新,加快關(guān)鍵零部件和核心材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,有利于燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)。
雙極板的未來(lái)發(fā)展方向
目前,雙極板在國(guó)內(nèi)的研究方向主要集中在提高金屬雙極板的耐蝕性和降低復(fù)合雙極板的生產(chǎn)成本。金屬雙極板正在實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。在耐久性和可靠性方面,作為今后最有可能取代石墨雙極板的替代品,金屬雙極板是基于易腐蝕的特性制造的。目前金屬雙極板的大部分表面都有耐蝕涂層材料,如貴金屬、金屬化合物、涂層碳流膜等增加了金屬雙極板的耐蝕性,復(fù)合雙極板由樹(shù)脂混合石調(diào)色板和增強(qiáng)纖維等材料形成材料,具有石墨板和金屬板的雙重優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)量輕,耐腐蝕,但加工比較復(fù)雜,生產(chǎn)成本高,降低了其生產(chǎn)成本,使其更適合定量生產(chǎn),成為未來(lái)雙極板的發(fā)展方向之一。
未來(lái)5至10年,新能源汽車(chē)需求量將爆發(fā)式增長(zhǎng),帶來(lái)包括燃料電池在內(nèi)的動(dòng)力電池需求量的快速增長(zhǎng),作為燃料電池核心部件之一的正極板也必將在技術(shù)和產(chǎn)品上迎來(lái)新的突破。