在本屆年會的【杜科新材冠名】電堆與核心材料專場，鄭健保發(fā)表了“燃料電池材料選型”的主題演講。他從模壓基板的選擇、模具設(shè)計(jì)、壓機(jī)選擇、微孔填充劑選擇、冷卻腔粘接密封膠選擇等多個(gè)層面，對如何做好模壓石墨雙極板進(jìn)行了詳細(xì)解讀。同時(shí)他還對膜電極粘接密封技術(shù)進(jìn)行了深入分析。
選材是做好模壓石墨雙極板的基礎(chǔ)
做好模壓石墨雙極板的第一個(gè)關(guān)鍵之處在于選材，選好材料是做好產(chǎn)品的基礎(chǔ)。在模壓基板的選擇方面，有3個(gè)要素需要重點(diǎn)關(guān)注。首先，為了達(dá)到高電導(dǎo)率，需對生產(chǎn)基板的石墨進(jìn)行粒徑選擇和均勻混合；其次，根據(jù)流場設(shè)計(jì)選擇對應(yīng)的基板體密度，流道脊寬、高和極板的最薄處決定基板的選擇；第三，基板的面密度均勻性決定極板的各項(xiàng)性能均勻性，要選擇面密度均勻性合適的基板。在壓機(jī)選擇方面，壓機(jī)的臺面精度影響著模具壽命和極板的精度；壓機(jī)的噸位應(yīng)盡量選擇大點(diǎn)的，最好選擇大直徑單缸，確保模具受力均勻；模壓方式選擇位移模式，避免壓力波動(dòng)影響厚度精度。在微孔填充劑選擇方面，微孔填充劑對雙極板的使用壽命起到關(guān)鍵性作用，和極板的氣密性、硬度、強(qiáng)度、耐溫變形性及耐化學(xué)腐蝕性等息息相關(guān)；微孔填充劑應(yīng)可以長期耐酸和耐燃料電池專用防凍液，避免長期浸泡后造成極板漏氣、漏液；微孔填充劑應(yīng)長期耐高低溫，避免在高溫下軟化，影響抗壓強(qiáng)度，對此，鄭健保建議選擇玻璃化轉(zhuǎn)變溫度≥150℃的填充劑。在冷卻腔粘接密封膠選擇方面，由于模壓石墨雙極板的材質(zhì)和硬質(zhì)雕刻板不同，其對膠粘劑的要求更高，需具備高剪切強(qiáng)度，低固化收縮率、好的潤濕性及優(yōu)異的韌性；長期耐酸和耐燃料電池專用防凍液，也是冷卻腔粘接密封膠的必備要求；雙極板的大功率、薄量化是發(fā)展方向，勢必導(dǎo)致流場變淺，進(jìn)氣壓力和流體阻力也會變大，對冷卻腔的密封耐壓提出了更高的要求，要想長期保證200KPa的壓力不漏氣、漏液，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)耐壓值應(yīng)確保300KPa壓力下不漏氣。此外，鄭健保對膜電極粘接密封技術(shù)也提出了自己的思考。膜電極對粘接密封膠的要求主要有以下4點(diǎn)：
1、粘接密封膠固化過程中沒有揮發(fā)物或揮發(fā)物對催化劑不影響，固化的粘接密封膠在高溫酸性環(huán)境中沒有離子析出
2、長期耐酸性環(huán)境的水煮不脫落分離
3、對溶脹的PEM、邊框材料PEN/PET及GDL的粘接力強(qiáng)，滿足氣密要求
4、滿足批量自動(dòng)化生產(chǎn)的工藝要求
杜科新材的復(fù)合雙極板和燃料電池用膠實(shí)踐
作為一家專業(yè)的氫能源燃料電池整體用膠及復(fù)合雙極板解決方案提供商，杜科新材目前已經(jīng)建立了完整的燃料電池用膠產(chǎn)品矩陣，公司已經(jīng)先后推出了石墨板微孔堵漏膠、石墨雙極板水場粘接膠、雙極板氣場注塑密封膠、MEA邊框及碳紙粘接膠、GDL粘接邊框膠、增濕器灌封膠、金屬板底涂粘接密封墊等多款產(chǎn)品。根據(jù)電堆產(chǎn)品的升級迭代不斷更新用膠技術(shù)，是杜科新材在燃料電池用膠領(lǐng)域快速崛起的關(guān)鍵。為滿足MEA注塑一體成型工藝要求，杜科新材還開發(fā)了雙極板氣場注塑密封膠DB9602系列產(chǎn)品。DB9602系列可以滿足燃料電池各類使用環(huán)境要求，可以同時(shí)適配石墨雙極板和金屬雙極板氣場密封。MEA的注塑一體成型工藝，固化后的膠條，具有優(yōu)異的物理、電氣性能，密封性能優(yōu)異等。在MEA邊框及碳紙粘接膠方面，杜科新材開發(fā)了DB712H系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品專為燃料電池MEA粘接設(shè)計(jì)的。單組份紫外線光固化膠，對 PET、PEN、質(zhì)子交換膜、碳紙等基材有優(yōu)秀的附著力，具有粘接強(qiáng)度高、收縮率低、吸水率低、耐水煮、耐酸性能優(yōu)異特點(diǎn)，滿足絲網(wǎng)印刷工藝。基于模壓復(fù)合石墨雙極板的廣闊前景，杜科新材在復(fù)合雙極板用膠粘劑的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上作出戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。2020年年底由漢纜股份、杜科新材以及青島巖海碳材料三方聯(lián)合成立的青島杜科，主要專注于超薄復(fù)合石墨雙極板組件的生產(chǎn)和銷售。在雙極板業(yè)務(wù)方面，青島杜科已經(jīng)拓展了柔性石墨預(yù)制板（基板）、復(fù)合雙極板、復(fù)合雙極板組件（帶密封）等多款產(chǎn)品。杜科還計(jì)劃在2023年推出金屬石墨復(fù)合板產(chǎn)品。與行業(yè)里通常所采用的熱壓工藝不同，青島杜科采用的是冷壓工藝。相比于熱壓工藝，冷壓工藝的精度更高，能達(dá)到0.01mm，明顯高于熱壓工藝的0.04mm；除了精度上的提升，冷壓工藝的另一大優(yōu)勢在于，可以讓雙極板的面密度更均勻，極板導(dǎo)電率的一致性更好。 根據(jù)下游客戶提供的測試數(shù)據(jù)顯示，青島杜科的模壓復(fù)合雙極板水場粘接后最薄1.35mm，電導(dǎo)率≥300S/cm，接觸電阻≤3.5mΩ·cm2，模壓精度±0.01mm，使用溫度-40~200℃，正壓200KPa進(jìn)氣壓力無泄漏，板的外觀沒有毛刺。 “目前杜科模壓石墨雙極板自動(dòng)化粘接密封生產(chǎn)線已經(jīng)到位。”鄭健保表示，青島杜科在產(chǎn)能上也做好了準(zhǔn)備，目前公司已經(jīng)建成年產(chǎn)100萬組模壓復(fù)合雙極板的產(chǎn)能，并搭建了自動(dòng)化生產(chǎn)線，計(jì)劃明年再擴(kuò)充100萬組/年產(chǎn)能，迎接增量市場的需求。
