2020年10月27日

“第四届”佛山氢能展会圆满结束 齐志刚博士于“氢听剧场”演讲

10月22日下午,第四届中国(佛山)国际氢能与燃料电池技术及产品展览会圆满结束。

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“第四届”佛山氢能展会带给大家很多相互学习,相互了解的机会。


新研氢能董事长洪鑫为面对本公司产品提出疑问的参展者解答,并且针对本公司相对应的产品做了的详细介绍及讲解。

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10月20日上午,第四届“氢听剧场”在氢能展会西展馆二楼开幕。

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新研氢能齐志刚博士以“燃料电池金属板电堆的发展现状”为主题展开演讲。首先对极板作了详细的介绍齐志刚博士讲到:


极板是电堆中的核心部件,起着非常重要的作用,要求流场设计必须合理,没有分子大小的针眼,具备良好的强度和抗腐蚀性能,还要导热和导电。


制造极板材料一共有两种,一种是石墨,一种是金属。石墨板一般从石墨粉或石墨毡开始,经过一系列步骤后制成双极板。金属极板有成型、清洗、焊接、镀层四个步骤,目前更适用于低成本批量化生产。


金属极板一般采用0.1毫米厚的板材。如果采用不锈钢的话,流道的深度可以做到0.4毫米,整个双极板,阴极板加阳极板,整个厚度接近1毫米。在同样流场尺寸的情况下,常规石墨板厚度达2毫米。所以同一个电堆,如果把石墨板用金属板代替,它的体积可以减少将近50%。在不考虑端板和冷却液的情况下,石墨板电堆与不锈钢板电堆重量比是1.65,热熔比是2.34。


金属板最大的劣势就是它的抗腐蚀性能比较差,所以必须有防腐处理或防腐镀层。其他方面,金属板有明显优势。关于耐腐蚀性能,如果有良好的镀层它可以解决,但是对于石墨板来说,它的阻气性、脆性、抗振性比较差,是难以解决的问题。所以从板材来看,如果有良好的镀层,金属板电堆的寿命不一定比石墨板电堆寿命短。


金属极板要满足一些技术指标,比如说要耐腐蚀,要有足够好的电导率,以及镀层要有比较好的附着力,等等。所列这些指标国内外都已经实现了。


采用板材最多是不锈钢,因为不锈钢延展性好、成本低、化学稳定性好以及使用于批量化生产的特点。其他板材现在用到的是钛合金,钛合金最大的优点是比重小,电堆重量更轻,缺陷是成本比较高,相当于不锈钢的几倍,延展性不如不锈钢,所以流道深度做得稍微浅一点。成型方式主要是冲压和液压两种方式,辊扎方式业界也在尝试。


镀层材料主要贵金属,如金,金属化合物,如碳化物、氮化物,以及炭类,如石墨,或者是这几种镀层的多层复合。镀层最常是物理沉积方法。在设计制作极板时一定要避免可能出现的问题,比如说有暴露点,镀层不致密,镀层附着力差,等。如果解决了这些问题,极板就不会轻易出现严重点腐蚀。点腐蚀不出现的话,金属板的寿命就会非常长。


设计和制造金属极板一定要考虑它的功能性、有效面积的占比,可加工性、耐久性和成本。可加工性跟大家简单说一下,你设计得再好,但是如果加工不出来,也是不行的,所以要跟加工制作水平相匹配。金属极板设计制造有特殊的难点,一个是,阴极板和阳极板关联度是非常高的,必须同时考虑。同时冷却流场就是由阴、阳级流场的背面所组成的,所以它不能单独设计。就是说,阴极流场、阳极流场与水流场必须同时考虑,任何一点改变,两块板必须同时进行改变。同时还要考虑板材的变形,还有要考虑板材的特点和加工难度,不能有分子大小的针眼。


阴极板、阳极板密封到一起成双极板最主要的方式是激光焊接,激光焊接过程中要考虑所列的这些主要参数。其他方式包括两块板粘接在一起,或者通过密封圈的方式。通过激光焊接的话,焊线宽度可以控制在0.1毫米左右。


之后齐志刚博士为大家讲解了金属板电堆的进展情况。齐志刚博士表示:目前极板是金属板电堆竞争的核心,它的品质决定了电堆的性能和寿命。


最后,齐志刚博士总结到:极板是电堆中的核心部件,尚未成为大众化商品。金属极板流场和品质决定金属板电堆的竞争力。实测证明金属板电堆的寿命并不一定比石墨板电堆寿命短。国内金属板电堆发展迅速,一些性能指标已达到世界先进水平。新研及国内若干家企业已经基本掌握了金属极板流道设计、成型、清洗、焊接、镀层、组堆等技术和工艺。国内已具有不锈钢和钛合金超薄板材批量生产能力。