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戈尔发布全新质子交换膜 助力中国燃料电池汽车

时间:2019-11-17 04:40来源:材料科技
新源动力股份有限公司选择戈尔公司作为新源动力HYMOD®-300型车用燃料电池电堆质子交换膜核心合作供应商。新源动力是中国领先的燃料电池电堆和系统厂商,其电堆采用GORE-SELECT®质子

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新源动力股份有限公司选择戈尔公司作为新源动力HYMOD®-300型车用燃料电池电堆质子交换膜核心合作供应商。新源动力是中国领先的燃料电池电堆和系统厂商,其电堆采用GORE-SELECT®质子交换膜,通过测试验证,满足行业对耐久性和可靠性的严格标准。耐久性和可靠性是燃料电池汽车实际应用的关键问题。

随着氢燃料电池汽车产业逐渐升温,降低氢燃料电池系统成本和提高性能成为业界关注的焦点。9月26日,戈尔公司全新质子交换膜亮相第四届国际氢能与燃料电池汽车大会。

4月22日,成都首届国际氢能及燃料电池产业大会在成都世纪城国际会议中心盛大开幕。

戈尔GORE-SELECT®质子交换膜有助于提升氢燃料与氧气之间的电化学反应,助力新源动力HYMOD®-300型车用燃料电池电堆突破了5000小时耐久性难关,同时还实现了电堆在-10℃环境下的低温启动,以及在-40℃下的储存。

燃料电堆占据整个燃料电池系统成本的近50%,质子交换膜作为关键材料之一,其性能的提升、耐久性的加强对降低系统全生命周期总拥有成本、加速燃料电池汽车产业化进程至关重要。戈尔全新质子交换膜凭借更薄更出色的性能,兼备优异的耐久性,一经亮相便获得行业高度关注。

氢燃料电池汽车利用电化学反应将氢气的化学能转换为电能,再通过电机驱动车辆,具有续航里程长、加注时间短、零污染排放且无二次污染的特点,在公共交通领域的应用前景广阔。因此,世界各国和相关企业都在加紧部署、推进包括氢燃料电池技术在内的氢能源发展。

“GORE-SELECT®质子交换膜具有领先的耐用性,为我们实现车用燃料电池电堆突破5000小时耐久性提供了可靠的技术保障。”新源动力首席技术官、副总经理侯中军博士介绍说,“这对于HYMOD®-300型车用燃料电池电堆项目来说,是一个关键性能的里程碑。”

超薄质子交换膜提高机械耐久性,降低燃料电池系统成本

大规模投运氢燃料电池汽车,需要耐久、可靠的氢燃料电池系统,其中离不开燃料电池的核心零部件——质子交换膜。戈尔公司的质子交换膜采用膨化聚四氟乙烯制成,具有高寿命、超薄等特点,是全球领先的质子交换膜生产厂家。

清洁能源技术

超薄质子交换膜能够大大降低质子传导阻力,降低欧姆极化,在提高电堆功率密度和提升电堆运行性能方面具有很大优势。戈尔全新一代质子交换膜更轻薄,性能更出色。特别是在低湿度环境下,经过实际验证发现,该质子交换膜阻抗更小,其超薄设计使得水汽传导更快,从而能够提升整个电堆的运行性能。

在该产业大会上,戈尔有限公司戈尔燃料电池业务中国区高级销售经理陈疌先生带来以《助力燃料电池产业化 ——戈尔质子交换膜持续扩大产能,提高耐久性、降低成本的技术发展进程》为主题的演讲。

戈尔采用基于ePTFE的专有增强膜技术,GORE-SELECT®质子交换膜具有超薄、耐用、高功率密度的特性,有助于开发具有成本效益的燃料电池技术。

基于戈尔独特的ePTFE(膨体聚四氟乙烯)结构增强技术,在高温低湿环境下,全新一代超薄质子交换膜能够提升性能,有效降低干湿循环,提高机械耐久性。

以下是本次大会陈疌 先生的演讲实录——

20多年来,戈尔一直是全球领先的膜电极组件和质子交换膜燃料电池部件供应商。如今,GORE-SELECT®质子交换膜被认为是满足汽车应用挑战的行业标准,已经被世界领先的燃料电池汽车制造商所采用。戈尔燃料电池部件还应用在全球数千种交通运输、便携和固定电源设备中。

同时,全新一代产品采用独特的化学添加剂技术,解决了传统质子交换膜性能和化学耐久性不可兼得的问题,其化学耐久性大大增强,能有效延长整个系统在车辆使用环境下的寿命。

陈疌:大家下午好,我今天带来的这个演讲主题主要是质子交换膜相关的话题,我们更多的是在关键零部件方面给大家分享我们这几年做的工作。今天要跟大家分享说我们的膜量产化的进程。

图片来源: 戈尔,新源动力

此外,全新一代质子交换膜的超薄设计可以节省原料,从而降低整个燃料电池系统的总体成本。

首先介绍一下戈尔公司,在座的各位可能有一些对戈尔有一些了解,我们是一家美国的公司,也是属于全球公司,总部在美国,全球各地设有分支、生产、销售的基地。成立于1958年,至今已经有40年的历史了,目前全球有超过1万名的同事,我们去年的销售额大约在37亿美金左右,本身是一个私有制的公司,并没有上市,得益于私有制的形式,本身不会受制于投资方或者是资本市场的一些短期投资回报压力,那么在内部是非常提倡创新技术和开发产品的,我们的质子交换膜得益于这种宽松场景下的长远战略投资。

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戈尔已为全新一代产品量产做好充分准备。公司在日本冈山市打造了全球首条燃料电池车用百万平米级规模的质子交换膜生产线,采用新一代工艺,能够显著降低人力成本及不可控因素的影响。

戈尔的核心是增强型的质子交换膜。最主要的就是它带有独特的ePTFE的增强层结构,可以带来非常高的物理强度和尺寸稳定性。在这个特点下,膜的耐久性非常的高,可以去开发超薄的质子交换膜。大家可能有一个误区是越厚的膜的强度越大,对戈尔来说不是这样,我们可以开发出非常高寿命、耐久性的超薄的质子交换膜。在燃料电池领域,戈尔确实属于全球领先的质子交换膜供应厂商,我们的客户涵盖了全球众多的整机厂,每年我们都有大几十万平米的质子交换膜出货量,并且在全国非常火热的发展的基础上,在逐年的递增。以上的成功都是基于两点,首先是戈尔独特的超薄质子交换膜,第二,戈尔有超过25年的开发和制造质子交换膜的经验。

量身打造,助力中国燃料电池汽车产业化进程

谈完我们的基本产品,接下来的内容前面的嘉宾谈了很多了,我们觉得全球氢能和燃料电池的发展目前真的非常的火热,可以用大势所趋来形容,在今年,日本、韩国和欧盟分别发布或者更新了新的氢能和燃料电池的路线图,中国的一些蓝皮书,包括一些政策,包括最新的补贴政策也在紧密的制作当中,两会当中我们的专家也在呼吁燃料电池和氢能相关的条例或者是政策支持。中国我相信目前为止,是一个世界的焦点,大家都觉得未来的产业的爆发点往往是在中国,从地方政府和中央政府出台的一些补贴政府和技术路线,均说明了中国的燃料电池,尤其是在汽车这块儿是具有强劲的增长潜力的。我们现在谈到燃料电池商用车,往往会以韩国、日本为代表,但是我相信只要中国的技术路线一旦落地是很好的。

中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会发布数据显示,今年1-7月,我国氢燃料电池装机量达到45876.9kW,同比增长高达642.6%。此外,有专家预计,到2020年,氢燃料电池汽车将以商用车为起点迈入产业化阶段,之后将带动乘用车应用发展,进入真正的规模化应用阶段。

有一个问题摆在戈尔面前,我们怎么能够去满足中国乃至全球未来大规模的这么一个量级的需求。谈到量产化,大家都知道中国甚至世界现在也站在了量产化的前沿,大家谈的更多的是接下来量产化大家要关注的点,从经济性、可靠性、生产周期,这些往往会变成除了性能和耐久性以外更多的关注点。这里就我们要引入戈尔的一个理念了,我们的理念是采用超薄的质子交换膜技术来降低整个燃料电池系统的总体成本。通过增加性能,提升性能,包括降低材料成本,使用率,甚至说一些额外的技术点,我们有信心达到这样的目标,在全生命周期的概念下,能够最小化系统提供商的一个整体成本。这个图是我们质子交换膜厂家对于客户需求做的一个总体图,它涵盖了大部分的技术点和商务点,从性能、耐久性到制备的难易性,包括质量和成本,这些都是我们要考虑的一个点。当然,要涵盖方方面面确实挑战很大,所以我们的路线是一步一步来解决。在戈尔以往的一些演讲当中,我们的同事给到了很多关于性能,包括耐久性的内容,今天为了应对大规模量产化的主题,我们更多的将关注点放到了降成本质量这块儿,来给大家做一些汇报。

戈尔此次发布新产品正是在中国燃料电池汽车行业加速产业化之际。不同的市场有不同的规范、不同的需求,该产品是基于戈尔的先进技术,通过筛选和评测众多不同材料及设计,找到的符合中国市场实际需求的方案。

4858美高梅,我们觉得要实现燃料电池产业化的关键因素,总的来说有三大点,质量、成本和稳定的量产能力。我们怎么平衡各个因素,甚至满足各个需求呢,接下来给大家介绍一下。这个是戈尔质子交换膜的量产进程,一个是大规模生产能力的建立,一个是量产阶段质量管控能力的建立,还有包括大家最关心的量产阶段的成本优化计划,大规模生产能力我们已经建立了,那么质量管控能力呢,我们也已经具备了,量产阶段的成本我们还在进行当中。接下来会针对这三个方面给大家做详尽的介绍,第一点,大规模生产线,我们很高兴的宣布说今年4月,我们的新的一条生产线,也是全球首条的燃料电池车用达到百万平米级规模的大规模的质子交换膜产线,已经开始投产了,位于日本的冈山市,可以根据市场的需求逐步递增。采用了最新一代的工艺设计,能够显著的降低人力成本,包括不可控因素。这条大规模生产线是最新一代的生产工艺和我们供应链体系的完美结合,可以使戈尔生产单卷更宽、更长,更均一的卷对卷工艺,这块儿我就不展开了。

戈尔还拥有严格的质量体系,可以有效把控产品质量、一致性及可靠性。因此,无论从技术、成本还是产品质量管控方面而言,戈尔均具备充分的能力来满足中国客户的需求,助力中国氢燃料电池汽车产业化发展。

有了大规模生产线,谈到质量管控这块儿,我们决定要达到产业化规模的质量要求,必须这两点是要做到的,严苛的公差体系是为了提升质量的均一性,第一点,可能更多的从减少工艺流程和材料的不确定因素,和在整个供应链中,对我们的供应商也有更严格的规格来实行。第二,产品的检测方面,包括缺陷点、针孔、外来颗粒等,线下检测更多的是关于性能和耐久度,包括物理、化学,性能相关的主要点。这部分大概给了检测的实例,从膜的厚度和整套来检测,这是2018年3月到这个月的一个数据,膜的厚度基本上能控制在5%的偏差,换句话说,如果是以15微米的膜来举例,那么他的偏差不会大于一个微米。质量体系,戈尔也严格的按照车用体系来实行,生产体系、工厂审计体系,最值得说的,我们的新的生产线都会沿用汽车行业最为标准的16949质量体系。我们的质量体系也确实经过了客户比较严苛的审核,在全球我们所有合作过的领先的整机厂,都会对戈尔有每年数次严格的审查,正因为我们通过了所有的严格审查,戈尔才能被选为量产车型的独家质子交换膜供应商。

美高梅4858官方网站,国内我们也得到了客户的认可,我们通过了咱们比较领先的供应商,新源动力的质量审核,并且获得了年度优秀供应商的奖项。最下面的这点可能大家也最关心了,这个就是质子交换膜的成本图,在量产化的这个阶段,成本是大家避不开的话题,也是最关键的一个话题,这块儿主要介绍了一下质子交换膜的一个成本,上面能看到很多红色的圈,这个红色的圈他的一个大小就代表了他在质子交换膜成本当中的占比,可以看到最大的占比其实就是原材料离聚物树脂。从成品率和劳动成本来看,可以通过生产线的改进来实现,原材料可以通过供应商渠道管理,包括整个市场规模的提升来实现。对于大规模生产线的建立,前面已经提到了,能够对劳动成本做很好的控制和优化,通过和我们长期战略性合作的供应商合作,我们可以对离聚物等方面做很好的优化。现在要提的,除此以外,我们更多的思考是能不能通过使用更薄的质子交换膜来减少对树脂的使用,进一步的降低成本。这个是戈尔质子交换膜的一个技术路线,我们的技术路线是做更薄的质子交换膜,通过使用超薄的10微米,或者是更薄的质子交换膜,可以有效的提升能量密度,同时降低成本。

大家看到的这个轴图,纵轴代表的是成本,横轴代表的是寿命,寿命越长,成本越低,那是未来质子交换膜的一个目标,但是确实也是非常的难以企及。通过薄膜有效的降低成本,大家可以看到这几个降低成本的方式,一个是量产,也就是大规模市场化以后,原材料的量产成本发生了变化,通过采用超薄的质子交换膜,能够进一步的降低成本。采用全新的大规模生产工艺,同时可以进一步的降低成本,戈尔要做的就是浅蓝色和红色的部分。我们也有一些目标,这个是根据美国DOE的标准来定的,DOE对质子交换膜的成本的预期或者是要求,目标是20美金每平米,我们自己非常有信心,有把握能够达到这样的一个目标。前面提到了采用超薄质子交换膜能够降本,这一块儿是怎么提升性能,上面列举了30微米、15微米和5微米的膜,可以看到在一些严苛的环境下,95度,19%的RH情况下,符合未来汽车行业操作环境的需求。大家可以看到5微米的膜显示出了非常卓越的性能。

戈尔拥有最新一代的ePTFE结构,能够绝对的优化性能和寿命。纵轴是性能,横轴是寿命,这些都是戈尔的质子交换膜,上面也标注了不同的厚度,我们的技术路线是迭代越来越薄的质子交换膜,但是显示出的是更高的性能和更长的耐久性,我们能够充分提升性能和物理长度的权衡。这是我们5微米的超薄的质子交换膜,在实验当中,他已经有超过了8万个循环,那么看到那条上升的黄颜色的点,那个是普通的,比较厚的均质膜的结果,薄膜带有新一代的ePTFE技术,可以绝对的提升耐久性。物理耐久性、还有化学耐久性,才能体现整个的耐久性。戈尔持续的开发新一代的化学添加剂技术,大家所看到的这些点分三个代次,分别是第一代、第二代和我们在研发当中的一些产品,那么它都是10微米的质子交换膜,但是通过采用不同的化学添加剂技术,他展现出了不同的化学耐久性。我们非常荣幸被全球众多的车厂所采用,在国内也和众多的车厂,包括膜电极、电池堆的制造商充分的合作。

我们认为推动燃料电池市场商业化的要素,不外乎在于质量、成本和量产能力上面。采用超薄的质子交换膜,无论从技术还是从成本的角度,我们都非常坚信它可以满足未来中国燃料电池市场产业化的需求。我们也会致力于加大对中国市场的投入和关注,来推动燃料电池在中国的一个产业化进程,谢谢大家。

编辑:材料科技 本文来源:戈尔发布全新质子交换膜 助力中国燃料电池汽车

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