【先導智慧•高工年會】新研氫能齊志剛：金屬堆發展新週期下的企業“攻略”

資料表明，金屬板電堆的壽命並不一定比石墨板電堆壽命短，同時金屬板電堆在功率、功率密度、重量、體積、抗振、批次製備、冷啟動等方面優勢明顯。當前國內金屬板電堆發展迅速，一些效能指標已達到世界先進水平，迎來了產業發展的新週期。

在2021高工氫電年會上，新研氫能首席技術官齊志剛博士發表“金屬板燃料電池迎來產業發展新週期”的主題演講。齊志剛表示：“我從業燃料電池行業20多年，整個行業技術及工藝水平越來越高，近年來國內在技術、工藝、批次製備、示範執行等方面也進步顯著，但至今燃料電池材料體系沒有根本性的變化，我預計核心材料革命性的突破在短期內不會出現。”

從極板來看，極板是電堆中的核心部件，起著隔離流體、導熱導電、支撐膜電極及保持電堆構型等重要作用，是影響電堆效能和壽命的關鍵因素。電堆對極板的設計要求很高，不能有分子大小的針眼，否則三種流體會互串；除此之外，極板還要有很好的強度。

燃料電池的執行環境很惡劣：高電壓、高氧化、高溼度，所以抗腐蝕性是很難的問題。多年來，用來製作極板的材料仍然是石墨或者金屬。將金屬板與石墨板相比，除了沒有鍍層時抗腐蝕性比較差，其他的特性都超過石墨材料。

金屬板的耐蝕性透過表面處理是可以解決的問題，而石墨板的阻氣性、脆性、抗振差是不易解決的問題。良好的鍍層會使金屬板電堆的壽命不比石墨板堆壽命短。事實上，近年來，從新聞報道來看，部分企業在金屬板壽命上取得了顯著進步，實現從5000小時到10000小時甚至30000小時的“大跨越”。

比如今年10月，聯合燃料電池系統研發（北京）有限公司及華豐燃料電池有限公司將開始銷售首個在國內面向商用車開發、生產的燃料電池系統“TLPower100”。該系統產品透過在中國本土化的研發，實現了業界頂級的711W/kg、4。9kW/L的高功率密度（額定功率101kW）和3萬小時的超長耐久性。其金屬電堆模組來自豐田，3萬小時的耐久性幾乎與當下優秀的石墨電堆效能相當。

在做好耐久性的基礎上，金屬板電堆可以做到更高的功率及功率密度，也可以實現更低的低溫啟動，甚至在零下40度也可以做到無助冷啟動，易於批次生產，滿足車規級要求，更具競爭力。

既然金屬板優點顯著，為何現階段其發展滯後於石墨板？齊志剛認為，是因為金屬板的設計與加工製造的難度非常大，與石墨板比起來不是一個數量級：1、陰極板與陽極板高度關聯，不能獨立設計；2、冷卻液流場由陰極流場背面和陽極流場背面組成，無法單獨設計；3、極板在幾個工序都有變形的可能性：衝壓、清洗、焊接、鍍層；4、需要考慮板材的特性與加工難度，不能有分子水平大小的針眼；5、極板的面積越大，加工難度越大。

但從市場應用來看

，今年金屬板電堆領域仍然取得了顯著進步。高工產研氫電研究所（GGII）資料顯示，今年金屬板電堆出貨比重進一步增加。2021年H1已出貨電堆中，石墨（含複合）板電堆佔比55%，金屬板電堆佔比45%。預計今年全年金屬板電堆有望與石墨（含複合）板電堆平分市場。

從企業進展來看

，參與金屬板及電堆和系統的企業數量大幅度提升，一些石墨板相關優勢單位已經轉向金屬板。

新研氫能是國內金屬板電堆公司中少數自主掌握了金屬極板設計、成型、清洗、焊接、防腐鍍層等技術和工藝，以及金屬板電堆、模組、系統、測試臺和電壓巡檢板研發製造能力處於國內外先進水平的公司。公司在金屬堆上的技術和工藝鏈條比較完善，從始端的金屬極板設計到終端的燃料電池系統整合均可獨立完成，有利於成本及生產過程控制。

新研氫能擁有北京新研、大連擎研、大同新研三家子公司，分別側重於金屬極板設計及電堆研發、燃料電池系統控制整合和測試臺、產業基地運營，位於大同的自主研發的金屬板電堆自動化產線已於2020年4月投產。深厚的技術沉澱、完善的工藝鏈條、出色的測試能力及規模化的產能建設，構築了新研氫能強大的綜合競爭優勢。

新研氫能也因此得到了資本方的青睞。今年以北京亦莊國際投資發展有限公司為領頭的新投資方給公司注資，為公司更好更快地發展起到強有力的推動作用。

今年以來，新研氫能在技術開發上也取得了顯著成果

：完成85kW和115kW金屬板電堆及其相應的70kW和90kW燃料電池系統的開發，利用90kW雙堆結構開發出180kW級燃料電池模組及其對應的140kW級燃料電池系統；單電池均一性良好，電堆功率密度4。4kW/L，燃料電池模組的絕緣電阻大幅提升，燃料電池系統的整合度提高、控制邏輯更加完善。