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在本届东京燃料电池展览会上,中国燃料电池制造商鑫源动力首次发布了最新一代燃料电池堆模块HYMOD®-70新产品是新源动力开发的第三代质子交换膜燃料电池。它使用金属双极板,单堆功率为85kW,堆功率密度为3.3kW/L。具有良好的低温适应性,可在-30℃启动/40℃储存,适用于乘用车和商用车。
新产品之所以使用金属双极板,是因为其体积功率密度高,结构简单,易于批量制造。同时,它具有良好的电池水热管理优势。
与石墨双极板相比,金属双极板具有类似的高导电性和导热性,但后者具有更好的机械强度、耐气体性和耐冲击性,因此可以更薄、更轻,并可以大大提高比功率密度。同时,金属双极板生产工艺较少,量产工艺成熟,可大幅降低量产成本。
大大降低的热容使金属板具有更强的低温启动能力,双极板的厚度可以制得非常薄——甚至小于1mm,这适合大规模生产,并大大降低了生产成本。当应用于车辆燃料电池时,在燃料电池的高能量密度和大规模生产要求方面,金属双极板比石墨和复合双极板具有明显的优势。
尽管金属板在成形细度、残余应力控制、耐腐蚀性、设计自由度等方面存在一些缺点,但随着行业的发展,相关问题已经得到解决。
在金属成型领域,日本和欧洲公司通过冲压、液压、高速热成型等工艺解决了通道细度和平整度问题。目前,国内许多企业也取得了突破,接近或达到了国外先进水平,成本大幅下降。
在金属板防腐涂层领域,国内企业也取得了突破,使材料问题不再是金属板堆的寿命短。由于金属在燃料电池的工作环境中容易被腐蚀,因此有必要对金属表面进行改性。目前,金属板表面改性涂层工艺已发展到几种类型。广泛使用的表面技术包括化学镀、电镀、热喷涂、PVD和CVD。
在结构设计方面,国内外均已趋于成熟,通过合理设计可以有效避免金属板固有的结构缺陷。丰田Mirai、本田Clarity、现代Nexo和其他量产燃料电池车型都使用金属双极板。
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。
总体来看,在欧洲、美国、日本等国家,金属双极板的技术、生产和应用都比较好,我国还有很大的提升空间。随着燃料电池产业化的推进以及金属板成形和表面涂层寿命等关键技术的突破,金属双极板将以其比功率密度、低温启动能力和量产成本等优势占据越来越多的市场份额。