“剑指”批量商业化,这家气体扩散层企业崛起

汽车   2024-12-12 20:06   广东  

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2024高工氢电年会暨高工金球奖颁奖典礼

主办单位:高工氢电、高工氢电产业研究所(GGII)

联合总冠名:鸿基创能、美锦能源

金球奖冠名:氢璞创能

专场冠名:雄韬股份、氢晨科技、隆深氢能、嘉拓智能、中鼎恒盛、杜科新材

金球奖晚宴联合赞助:明天氢能、华熔科技 、天荣科技

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时间&地点:12月16-18日 深圳机场凯悦酒店

参会报名&商务合作:钟先生 13642747191(微信同号)

派行新能源总经理熊明娜将在本届年会上发表演讲,欢迎报名参会与之交流!


多年来我国燃料电池气体扩散层(GDL)主要依赖进口。虽然已有数家国内企业投入到气体扩散层开发行列,但整体来看研发时间尚短,仍然普遍存在厚度偏差大、批次稳定性和一致性不足等“通病”,导致国产化进程推进不理想。根据高工氢电产业研究所(GGII)数据统计,2023年气体扩散层国产化率不足10%,2024年该比例有望提升,但仍然是燃料电池核心材料中国产化率最低的材料。

随着燃料电池行业的快速发展,进口产品价格高、响应慢、供货周期长等弊端愈发凸显,市场迫切寻求一款性能优异、性价比高的国产产品来取代进口。此形势下,在多孔材料及精密涂布方面拥有十几年经验积累的江苏派行新能源科技有限公司(简称“派行新能源”)团队决定全力以赴开发国产化气体扩散层。

经过团队的努力,派行新能源已成功量产出一致性优良的气体扩散层产品,经多家下游客户评估,综合性能表现优异,有望在明年逐步导入,实现国产化率的提升,打破进口气体扩散层“垄断”的局面。目前公司已经具备批量化生产能力,年产能达15万m²。


派行新能源总经理熊明娜向高工氢电表示:“气体扩散层的挑战难度的确很大,但其较低的国产化率,也意味着这个赛道的商业前景和市场潜力非常大。派行新能源只要稳扎稳打,相信有机会成为燃料电池气体扩散层的国内领头羊。”


强大团队打造优势产品


气体扩散层位于极板和催化层之间,是反应气体和水的重要通道,起到传输气体、排出反应产物水、收集电流、支撑膜电极等重要作用,直接影响燃料电池的整体性能。其对微孔结构、表面形貌、亲疏水平衡性、导电性、导热性、机械强度、耐久性等综合性能要求极高。


从研发制造来看,气体扩散层研发周期长、资金投入大,且产业链条长、生产环节复杂,涉及制浆造纸、涂布热压、碳化石墨化等多行业领域交叉,同时对生产工艺控制要求极高。加之我国气体扩散层行业起步较晚,在批量生产技术方面的积累和经验相对较少,特别是针对不同工况的应用欠缺经验和数据积累,这都给国内企业造成了重重挑战。


派行新能源选择进入气体扩散层领域,源于有足够的能力和底气支撑。公司核心技术团队来自上海交通大学,并在3M等跨国公司任职多年,具备强大的研发实力,拥有先进的工业制造经验;核心市场团队来自长安、北汽等国内一线汽车主机厂,秉承了车厂先进管理理念和管理水平,同时拥有丰富的汽车行业客户资源;集团公司在汽车行业深耕近二十年,积累了较为雄厚的资本,为推动派行新能源的发展壮大提供有力支撑。


在人才、技术、资源及雄厚资本加持下,早在2020年,派行新能源就在上海成立了研发中心,组建了以博士、硕士为核心的强大研发团队,通过多年的气体扩散层配方、微观结构、工艺与性能的全面探索,成功开发出具有自主知识产权的高性能气体扩散层,并于2023年在江苏常熟建立生产基地,实现气体扩散层的规模化生产。


经过充分验证,派行气体扩散层产品具有这些优点:通过优化水管理设计,具有优异的水平衡能力,可适用于多种工况,在不同湿度环境下均表现优异;具有适当的孔隙率、孔径大小及分布,传质性能优异;具有良好的平整度,有效降低了GDL与CCM的界面电阻;独特的涂布工艺赋予GDL优异的厚度均匀性;具有优异的机械性能、耐久性和化学稳定性;搭配合适的CCM及流道时,可在2A/cm²电流密度下得到超过0.65V的电池性能。


整体来看,派行新能源通过设计微观结构,使GDL产品的水气管理性能得以优化,故在配套燃料电池性能方面,尤其是在高电密环境下,相较竞品表现更为突出。以下是相关数据:


图1 派行新能源GDL与国外竞品物理性能对比

图2 派行新能源GDL与国外竞品配套燃料电池的性能对比


针对因气体扩散层生产工艺复杂、对工艺控制要求高,导致行业内普遍存在厚度偏差大、批次稳定性和一致性不足等问题,派行新能源成立了专门的研发和工艺团队,经过多年的不断开发和探索,通过独有的配方实现均匀可控的孔结构,特殊的涂布技术有效降低厚度偏差,在线检测系统实时监控缺陷,智能生产管理系统确保产品一致性和稳定性。

多年深厚的技术沉淀+强大的智能制造能力,让派行新能源专业的技术团队还可以快速响应客户需求、解决客户问题,能够针对特殊应用场景为客户做定制化开发。


踩准行业节奏迎风而上


近年来,我国燃料电池无论从技术提升、成本下降还是应用场景开拓来看,都取得了长足进步,这背后离不开包括气体扩散层在内的核心材料层面的突破。


具体来看,为了改善材料的微观孔隙结构,气体扩散层从之前简单的碳纤维网单层结构发展成现在的带有微孔层的多层结构;为提高体积功率密度,气体扩散层从之前的300微米甚至更厚,逐渐向现在的200微米以下发展;为提高产能、降低成本,气体扩散层从之前的片材逐渐发展到如今的卷材。


为了踢好从示范运行向商业化转变的“临门一脚”,燃料电池正在抓紧针对稳定性、可靠性、寿命等核心指标进行设计优化和工艺迭代,且实现进一步的降本。对气体扩散层的需求也是做好进一步的优化与降本,同时提高国产化应用的比例以丰富供应链。


不过,目前国产气体扩散层还有较大的提升空间,用户对国产气体扩散层抱有很大的期望,也希望从三个层面来着手改进:


1、技术层面,期望国产产品无论是从物理性能还是电化学性能,可以接近或达到进口产品的水准,从而能够保证整体燃料电池优异性能;

2、质量层面,目前大多数国产产品或多或少存在产品批次一致性不稳的现象,这将会对电池产生极为不利的影响,希望国内厂商要严格把控产品品质及稳定性;

3、价格层面,目前由于国产气体扩散层出货量小、成品率低,导致价格缺乏竞争力,因此期望国产产品价格能够进一步降低。


为此,派行新能源一方面严控质量关,建立了一套严格且完整的原材料供应链管控机制;在生产环节,引入智能管理系统最大程度上规避人为操作失误;在品控环节,引入了在线厚度智能检验系统,以及CCD AI智能缺陷检验系统,提升产品良率。“我们从多维度、全方位确保产品质量的稳定,满足用户要求。”熊明娜说。


另一方面,派行新能源充分考虑影响产品成本的各个因素,与关键原材料供应商进行深入的战略合作,以保障原料的稳定供应与相对低的价格;充分优化生产工艺,改善生产效率与成品率;提高产线自动化水平,减少人工成本。目前公司产品已有显著的价格优势。


GGII分析,国产气体扩散层经历了从无到有,现在正处在从有到优的过程中。这需要做大量的材料微观和宏观研究、大量的验证测试和海量的数据来支持。以派行新能源为代表的企业狠抓技术、加大研发投入,持续深耕气体扩散层领域,力争打造出媲美、甚至超过进口品牌的气体扩散层产品,对推动我国燃料电池的规模商业化具有重大意义。


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