為什么氫科技企業(yè)間需要緊密合作？

全球范圍的減碳行動促進了氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國氫能技術也獲得了諸多突破，但氫產(chǎn)業(yè)仍在形成初期，面臨諸多挑戰(zhàn)：

氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚不健全，?規(guī)模化應用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還存在較大瓶頸；

氫能生產(chǎn)和儲運成本較高，供需不匹配，?儲運環(huán)節(jié)的安全難題尚未得到徹底解決；

產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈關鍵技術材料和裝備仍依賴進口，?商業(yè)化應用面臨高成本難題。

以上都需要投身于氫產(chǎn)業(yè)的科技企業(yè)，依靠過硬的底層技術研發(fā)出滿足需求的創(chuàng)新性產(chǎn)品，才有機會突破現(xiàn)狀。

然而，創(chuàng)造一個創(chuàng)新性的產(chǎn)品，又是在氫這樣一個涉及諸多學科領域的技術密集型產(chǎn)業(yè)下，其難度不言而喻，僅靠一兩家科技企業(yè)的努力是無法完成的。單從一個固體氧化物制氫電堆產(chǎn)品的研發(fā)過程所涉及的材料、工藝、設備等的復雜度，就可見一斑。

圖1：固體氧化物制氫電堆產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

電堆產(chǎn)品從關鍵的電解池（即電池片）、到集流體、金屬連接體、密封件都有各自特殊的材料要求，都要與材料生產(chǎn)方密切地對接，反復試驗，獲得最佳的材料參數(shù)指標。比如，電池片關鍵原材料粉末物化特性的穩(wěn)定度，決定著電池片電化學性能的一致性，從而影響電堆的制氫效率；金屬連接件的材質(zhì)和厚度選擇需要考慮導電性能、耐高溫氧化、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)、抗蠕變能力等，以保證電堆的性能及使用壽命。但，由于創(chuàng)新性產(chǎn)品用料的特殊性、不確定性、用量的不具規(guī)模，會給電堆產(chǎn)品研發(fā)方與材料提供方的合作帶來阻力。這便需要研發(fā)方與材料生產(chǎn)方能夠找到相互合作的最佳模式，建立信任，互相扶持。

將各類原材料加工成電池片，組裝成完整的電堆，涉及到繁雜的制作工藝、及各類設備和輔助工具的使用。

圖2：基于“流延-層壓-共燒結(jié)”工藝流程的電池片制造技術及設備

在電池生產(chǎn)過程中，生瓷帶是通過流延成型得到的，生瓷帶的質(zhì)量直接決定了電池的質(zhì)量。以下兩個要素是流延成型的要點，一是流延漿料的質(zhì)量，二是高精度流延設備和檢測設備。流延漿料是由多種不同比重、不同粒度的粉體原料搭配一定比例的分散劑和粘結(jié)劑組成的，因為漿料是一種液固兩相流，其具有一些自身特殊的性能，例如粘度、流動性等。這主要又是由于粉體的一些物理性能參數(shù)比如粒徑分布、比表面積等產(chǎn)生的影響。由于粉體是制備過程的核心要素，粉體特性決定了產(chǎn)品的性能，粉體應該具有被處理、加工和燒結(jié)的能力。經(jīng)過與粉體供應商經(jīng)過多次磨合，對粉體主要的一些參數(shù)，如平均顆粒尺寸和粒度分布、比表面積及純度等進行了標準制定，并對不同的粉體批次的極高的一致性進行檢測和監(jiān)控。

流延設備方面，漿料是在流延機基板的作用下變成壓力流和拖曳流的結(jié)合，刮刀和基板之間的間隙可以控制流延膜的厚度，流延膜的表面會因為表面張力而變得光滑。然后將溶劑蒸發(fā)，漿料就會在增塑劑和粘結(jié)劑的影響下成型為具有一定強度、韌性的流延膜。膜帶的厚度主要由刮刀和基板之間的高度決定，這個精度需要控制在微米級，對于設備要求較高。同時需要在流延過程中實時監(jiān)測膜片厚度，為防止膜片表面劃傷，只能使用非接觸式測量方法，這都需要與設備提供商共同探討擬定符合要求的方案。

所有這些都精益求精，才能最終生產(chǎn)出性能達標、質(zhì)量穩(wěn)定的電池片。

電池片到電堆的裝配，所采用的金屬結(jié)構(gòu)件需要與密封件通過高溫燒結(jié)才能夠緊密粘結(jié)，保證不漏氣、串氣，金屬件不變形壓損電池片。除了材質(zhì)的選擇，對于金屬結(jié)構(gòu)件加工的平整度、表面粗糙度的處理也非常有講究，這都要與機加工廠商協(xié)商根據(jù)不同的參數(shù)制作不同的金屬結(jié)構(gòu)件反復測試，以獲取最佳效果。同時，因為部分金屬結(jié)構(gòu)件非常薄，僅零點幾毫米，很容易在加工及表面處理過程中變形彎曲，使得金屬結(jié)構(gòu)不平整，與密封件的結(jié)合容易出現(xiàn)縫隙，從而產(chǎn)生漏氣，串氣。為了解決這個問題，需要在加工工藝及手法上與機加工廠反復磨合確定標準，在加工的每一道工序上保證最大的平整度，并采購專門的設備進行矯平修復，確保電堆各層結(jié)構(gòu)組裝的盡善盡美。另外，對于電堆產(chǎn)品的材料檢測、電池片及電堆的性能測試也需要專業(yè)機構(gòu)以及專業(yè)定制設備商的支持。

以上只是列舉了一個創(chuàng)新性電堆產(chǎn)品在研發(fā)生產(chǎn)過程中所涉及的部分材料、工藝和設備，就已經(jīng)涉及到眾多的合作企業(yè)。創(chuàng)新性的技術能夠真正的轉(zhuǎn)化為工程化的產(chǎn)品，應用到實際的工業(yè)場景中，只是研發(fā)出來還是遠遠不夠的。

固體氧化物制氫電堆屬于高溫制氫技術，實際應用需要熱管理系統(tǒng)及方案的支持，落地到工業(yè)場景中需要有敢于接納創(chuàng)新性產(chǎn)品的業(yè)主從小規(guī)模開始使用，共同測試優(yōu)化，逐步放大，才能最終形成對于整個產(chǎn)業(yè)鏈有規(guī)模價值的產(chǎn)品。

圖3：電堆科技SOEC-CH4電堆產(chǎn)品熱管理系統(tǒng)（BOP）圖

穿越荊棘，方見繁花。只有氫產(chǎn)業(yè)鏈條的科技企業(yè)間緊密合作，不斷創(chuàng)新，創(chuàng)造出滿足產(chǎn)業(yè)真需求的產(chǎn)品，才能打破桎梏，促進氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。