氫晨科技300kW大功率單堆秘籍是什么？

2022-11-24 來源：高工氫電作者：游保平瀏覽數(shù)：571

在近期的佛山國際氫能展上，作為電堆頭部企業(yè)的氫晨科技，率先對外展示了業(yè)內(nèi)首個300kW的大功率金屬板單堆產(chǎn)品，這也是國產(chǎn)電堆再次向更大功率方向邁進的一個重要信號。成功研發(fā)300kW大功率電堆背后，需要突破哪些挑戰(zhàn)？氫晨科技又能給到行業(yè)哪些啟示？

300kW金屬板電堆亮相佛山展

300kW大功率燃料電池電堆是氫晨科技結(jié)合重型商用車、大型工程機械等應(yīng)用場景，自主研發(fā)的H3系列電堆產(chǎn)品。電能輸出高效穩(wěn)定，擁有優(yōu)異的冷啟動表現(xiàn)、領(lǐng)先的耐久性能及高安全等級等特點。

氫晨科技的300kW金屬板單堆產(chǎn)品

基于全新的H3技術(shù)開發(fā)的300kW電堆相比于此前的電堆產(chǎn)品，除了在功率方面有明顯提升之外，在產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性上也有新的飛躍。尤其是在膜電極催化活性提升、傳質(zhì)與分配的增強以及電堆的一致性和穩(wěn)定性方面進展較大。

膜電極催化活性的提升。通過催化劑層有序化的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及催化劑的粒徑優(yōu)化，使得H3的催化劑利用率相較H2提升了20%。

傳質(zhì)與分配的增強。通過H3新型的強制對流流場設(shè)計，促進了流場與氣體擴散層界面上的氣體分配均勻性和傳質(zhì)速率，使得電堆在大電流下（3A/cm² ）不發(fā)生傳質(zhì)極化，可以穩(wěn)定持續(xù)輸出。

電堆結(jié)構(gòu)的一致性和穩(wěn)定性。通過Unitcell的單元電池的封裝形式保證了單電池的結(jié)構(gòu)一致性和穩(wěn)定性，確保各節(jié)電池內(nèi)氣體和冷卻液分配的一致性，從而提升了電堆的整體輸出特性。

正是基于以上“三大”硬核技術(shù)極大地提升了電池單位面積上的輸出功率，助推氫晨科技在產(chǎn)品化和工程化更上一個臺階。

300kW電堆的出現(xiàn)，最大的作用在于對加快氫能重卡的商用提供強大助力。

匹配300kW電堆的燃料電池系統(tǒng)凈輸出功率將達到200kW以上，系統(tǒng)峰值凈輸出功率有望達到240kW以上，完全滿足49噸以上重卡長途高速的應(yīng)用場景的動力需要。在長途重卡應(yīng)用場景下，不同于目前的中混或增程式動力系統(tǒng)架構(gòu)，搭載這款電堆的燃料電池系統(tǒng)完全可以作為整車的主動力源，從而大幅降低動力系統(tǒng)對鋰電池的需求。

大功率金屬板電堆背后的“黑科技”

自公司成立以來，氫晨科技一直以高功率密度，大功率電堆作為拳頭產(chǎn)品，氫晨科技300kW金屬板電堆的研發(fā)成功，克服了材料學(xué)、工程學(xué)領(lǐng)域的諸多難題，是向大功率方向的一次新飛躍。

百千瓦級大功率燃料電池電堆由超400對雙極板-膜電極串聯(lián)疊裝，在超過800個密封面上布置著1500米長的密封線。燃料電池可靠性、一致性與疊裝效率成為國際性技術(shù)難題。

氫晨科技能在大功率方向上持續(xù)突破，與其核心團隊密不可分。與做化學(xué)和材料的同行相比不同的是，氫晨科技初始研發(fā)團隊的技術(shù)基礎(chǔ)還有機械技術(shù)，公司一開始研究的就是金屬極板技術(shù)，再擴展到整堆技術(shù)，注重整體設(shè)計和制造工藝控制。

大功率電堆一方面要保證高功率密度，這就要求材料方面的突破；另一方面又需要整堆規(guī)模大，就必須要求整堆結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)制造工藝等機械方面實現(xiàn)高質(zhì)量和一致性。從200kW到300kW，難度是幾何級提升。

為解決大功率金屬板電堆的技術(shù)挑戰(zhàn)和工程難題，氫晨科技在長期的研究摸索中，形成了一套自己的組合拳。以多材料體系高通量計算方法、大功率電堆高可靠設(shè)計方法、層疊結(jié)構(gòu)高一致疊裝技術(shù)和批量制造高效率柔性產(chǎn)線構(gòu)成了自己的核心技術(shù)。

其中，多材料體系高通量計算方法融合了材料性能第一性原理計算、材料制備與介質(zhì)傳輸分子動力學(xué)，多材料復(fù)合的高通量計算方法等多學(xué)科原理；大功率電堆高可靠設(shè)計方法融合了大面積復(fù)雜流場設(shè)計、高可靠密封材料與結(jié)構(gòu)、誤差分析與公差設(shè)計等學(xué)科原理；層疊結(jié)構(gòu)高一致疊裝技術(shù)則融合了部件偏差描述與匹配、定位誤差分析與設(shè)計、超靜定夾緊補償?shù)燃夹g(shù)；批量制造高效率柔性產(chǎn)線則打通了可靠抓取-放置方法、雙機器人碼垛技術(shù)、部件快速檢測技術(shù)等核心環(huán)節(jié)。

氫晨科技按照汽車行業(yè)的標準來生產(chǎn)電堆，通過雙機器人碼垛技術(shù)使得電堆的裝配效率提高了12倍，一次合格率達到98%以上，最終讓百千瓦級燃料電池電堆的裝配時間從原來的4h降至20min。

全面推進金屬板電堆商用進程

氫晨科技成立于2017年，專注大功率、高密度金屬極板燃料電池電堆研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，與產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作迅速成為燃料電池領(lǐng)域頭部企業(yè)。

一項新技術(shù)從研發(fā)成型到裝車應(yīng)用，其驗證過程是相當嚴格的，要經(jīng)過包括低溫存儲、低溫啟動、絕緣、防水防塵、冷熱沖擊、振動、鹽霧等多項測試驗證。氫晨科技的電堆經(jīng)過了以上嚴格檢測驗證。

現(xiàn)階段，氫晨科技基于H2技術(shù)開發(fā)的80kW、100kW、120kW和150kW等四款大功率電堆均已實現(xiàn)百臺級裝車。其中，150kW燃料電池電堆已經(jīng)累計實現(xiàn)交付近2000臺，效率可達53%，全工況下單元電壓方差低于10mV的高一致性，在更大的工況范圍內(nèi)實現(xiàn)更高的效率和更長的使用壽命。

在產(chǎn)品的市場應(yīng)用方面，氫晨科技的電堆在山西自卸車的百臺級應(yīng)用，公交車百臺級交付；還參與500kW的燃料電池儲能發(fā)電系統(tǒng)，上海臨港中運量2號線和中車氫能源機車等多個重大項目。

氫晨科技的電堆應(yīng)用在重卡、公交、BRT等多個場景

截至目前，氫晨科技已經(jīng)建立起自己的批量制造高效率柔性產(chǎn)線。擁有高精度核心部件檢測設(shè)備、電堆自動裝配、活化測試系統(tǒng)、電堆自動封裝線等，可實現(xiàn)年產(chǎn)能10000套，并通過IATF16949認證。批量測試能力方面，已建成滿足研發(fā)、生產(chǎn)大功率電堆活化測試線，最高可滿足300kW測試能力。

目前氫能產(chǎn)業(yè)正處在高速發(fā)展期，產(chǎn)業(yè)集群已具雛形，從氫能技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局都取得積極進展。未來幾年將是實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)突破，從研發(fā)階段轉(zhuǎn)入規(guī)模化商業(yè)化示范應(yīng)用的關(guān)鍵時期。氫晨科技未來將緊跟下游需求，強化場景應(yīng)用和設(shè)施保證；多維度發(fā)展，積極探索新技術(shù)示范，在保持降本趨勢的同時，保障產(chǎn)品穩(wěn)定性，穩(wěn)固產(chǎn)品表現(xiàn)，助力國家“雙碳”目標的實現(xiàn)。

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