【干货】氢燃料电池金属双极板及其国内市场
随着全球经济快速发展所引发的环境和能源问题日渐凸显，温室气体和有毒有害物质排放引起各个国家的高度关注，降低车用化石能源的使用是解决这些问题的重要措施，近些年来，新能源汽车产业迅速发展，引起全球汽车产业新变革。氢能和氢燃料电池是实现我国能源清洁利用、能源消费结构优化的重要途径。
双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心组件之一，其质量的好坏直接决定电池堆输出功率的大小和使用寿命的长短。金属双极板因具有优异的力学性能和导电性能， 成为当前PEMFC双极板研究中关注的焦点。
金属双极板构成
金属双极板是燃料电池核心部件之一，起到分配反应气体、收集电流、支撑电极材料等作用，是整个电堆的骨架，占整个电堆成本的20-30%，重量的80%。
通常金属双极板由以下五个部件构成：阳极侧密封圈、阳极金属板、阴极金属板、焊缝、阴极侧密封圈。双极板通过将阳极金属板和阴极金属板焊接在一起而成，其阴极侧和阳极侧板的边缘会有槽来布置密封圈，防止反应气和冷却液互窜，同时也防止反应气和冷却液外漏。阳极侧密封圈和阴极侧密封圈的材质相同，因此在工程中统称双极板密封圈。
图 金属双极板构成
金属双极板电堆具有明显的优势：
易于做到更大的功率；
可以实现更低温度的无助冷启动；
可以做到更大的功率密度；
易于批量生产，满足车规级要求；
成本更具有竞争力；
有助于减小燃料电池系统的体积和重量；
金属双极板具有良好的导电性、导热性、阻气性以及机械加工性能，厚度可以达到0.07~0.1mm，大功率金属板电堆的体积因而比石墨板电堆更小，功率密度更大，成为车用电堆的主流，丰田Mirai、本田Clarity和现代NEXO等乘用车均使用金属双极板。
然而，纯金属双极板在质子交换膜燃料电池环境中易受腐蚀，金属板腐蚀后释放出可能毒害催化剂的金属离子，或形成可增加界面接触电阻的致密氧化膜，从而影响燃料电池的输出功率和使用寿命。因此，开发具有高耐腐蚀性、低界面接触电阻、低重量、低体积、高机械制造性能及低成本的金属双极板成为行业研发的目标。
美国能源部根据燃料电池的使用环境及领域，2020年对金属双极板提出了评价标准，即腐蚀电流密度≤1μA cm-2, 接触电阻≤10mΩ cm2(压紧力1.4MPa), 电导率>100S cm-1, 短堆测试寿命>5000h。
2022年1月1日起，我国将对954项商品实施低于最惠国税率的进口暂定税率。其中包含增压器、循环泵、膜电极组件、双极板、碳电极片等5种燃料电池关键零部件。膜电极和双极板的进口关税从8%下降到4%。
进口税率的下调，将进一步助推燃料电池核心技术创新，加速关键零部件和核心材料的产业化进程，有利于燃料电池汽车产业的优化升级。
国内金属双极板市场
国内双极板重点企业扩产趋势明显，2021年3月上海治臻年产千万片级金属极板产线在常熟市投产，这是目前全球最大的一条金属极板产线。据不完全统计，目前全国燃料电池双极板总产能已超过2000万片/年。2021年国内主流双极板企业的出货量都有非常大的增长。金属双极板领域已经出现了单个企业单个客户出货达百万片级别的现象。国内相关企业如下所示：
1.上海治臻
上海治臻新能源股份有限公司（简称“上海治臻”）成立于2016年，是国内首家专注氢燃料电池金属双极板研发及制造的国家高新技术企业，在极板构型设计、超薄板精密成形和高速激光焊接、高性能复合纳米涂层和一体化密封等方面拥有完全自主知识产权的关键核心技术，达到国际一流水平的金属极板设计与制造能力。
2021年3月，上海治臻年产千万片级金属极板产线在常熟市投产，全部达产后可年产1000万片金属片，这是目前全球最大的一条金属极板产线，同时标志着我国氢燃料电池汽车行业由研发阶段进入规模化示范应用时期。
2021年期间，上海治臻还推出了新型碳涂层金属极板产品，在极板成本降低40%-50%的同时，还将金属板燃料电池发动机预期寿命延长至2万小时以上。这款金属双极板最大的突破在于采用了最新的碳涂层技术，能有效极板提升寿命并降本成本，现阶段该技术已经具备百万片大规模量产能力，为推动燃料电池行业快速降本奠定基础。
2、博远新能源
博远（山东）新能源科技发展有限公司（简称“博远新能源”），母公司是轴承业的龙头企业山东金帝精密。基于母公司在精密制造方面的深厚积淀，博远新能源成立至今仅1年就已经能够给客户提供定制化的燃料电池极板解决方案（包括设计与匹配），所推出的金属双极板可以满足超过150kW的大功率电堆装堆需求。
博远新能源金属双极板所使用的涂层是非贵金属涂层，可有效降低制造成本；产品还具有接触电阻低耐腐蚀性强的优势，技术指标远超DOE要求水平，耐久性能可达到10000-15000h。
目前公司已组装金属双极板的批量化生产线，一期产能为60~100万副/年（后续产能逐步提升，预计在2023-2024年会达到600万副/年），拥有高精度的冲压成形、激光焊接、表面涂层、注塑密封、气密性检测等双极板生产设备。
3、德尔股份
阜新德尔汽车部件股份有限公司（简称“德尔股份”）是目前中国少数集汽车部件研发、制造和销售整合于一体的汽车零部件系统综合提供商。 公司自主研发设计开发的燃料电池核心部件包括金属双极板和膜电极。
3月8日，德尔股份表示公司自主研发设计开发的燃料电池核心部件包括金属双极板和膜电极。通过与公司自主开发的窄流道双极板设计技术相结合；制造上采用冲压成型和层压装配技术，在提高电堆性能的同时兼顾了批量生产和成本控制问题。
4、骆驼股份
骆驼集团股份有限公司（简称“骆驼股份”）是一家专业从事先进电池研发、生产、销售、回收的综合性高新技术企业。骆驼股份公司入股的武汉中极氢能产业创新中心有限公司，是全国检测范围最全的第三方氢能动力产品检测机构之一，具备6kw-60kw燃料电池电堆、20kw-60kw系统及其核心零部件检测能力，可开展110余项检测项目。
目前公司的“武汉研发中心”已具备检测燃料电池金属板电堆验证和开发能力，燃料电池系统集成能力以及燃料电池控制模块开发能力；与武汉理工大学共同完成的省科技厅增程式燃料电池系统重点专项研发任务已通过验收。
5、安泰科技
安泰科技股份有限公司（简称“安泰科技”）以先进金属材料为主业，服务于战略性新兴产业，在非晶/纳米晶带材及制品、难熔材料及制品、粉末材料及制品、磁性材料及制品、焊接材料及制品、过滤材料及环保工程、高速工具钢及人造金刚石工具等领域为全球高端客户提供先进金属材料、制品及解决方案。
1月18日，安泰科技在投资者互动平台表示，公司自主研发的氢燃料电池尚处于开发和逐步普及阶段，目前已实现气体扩散层、金属双极板等关键材料的稳定生产和批量销售。
在太阳能电池、动力电池、氢燃料电池三大新能源电池路线中，安泰科技坚定深耕氢能及燃料电池领域，聚焦加氢站成套装备、氢燃料电池系统和电堆及关键材料研发制造，产品包括气体扩散层、金属双极板及氢燃料电池电堆等，已成功完成燃料电池测试系统和110kW级燃料电池电堆的制备及测试验证。
6、三佳机械
三佳机械（上海）有限公司（简称“三佳机械”）于2005年在上海成立，2007年通过与上海航天空间电源研究所（811研究所）合作研制氢燃料电池钛合金单极板，成为国内最早涉足燃料电池金属极板的企业之一。三佳机械经过不断的技术迭代，目前已成功交付了80多款不同流道形态的金属双极板，材料主要为钛合金、SUS316L等，材料厚度为0.075-0.1mm，钛合金材料的流道深度最大可达0.45，SUS316L材料的流道深度达到0.5±0.01，流道周期分别有1.0/1.1/1.25/1.4/1.6/1.8/2.0mm，流道间均匀度≤±0.01mm，流道高度均匀度≤±0.015mm，双极板翘曲度＜2mm。
三佳机械目前厂房面积7000平方米，拥有高精度的冲压成形、激光焊接、超声波清洗、气密性检测等双极板生产设备，年产双极板200万片；拥有高精度的高速加工中心、线切割、电火花、磨床等模具加工设备，年产双极板模具50套；还拥有五轴加工中心、卧式加工中心、立式加工中心、钻铣攻牙中心等机械加工设备，用于电堆壳体、端板、集流板等零部件的加工。
7、上海佑戈
上海佑戈金属科技有限公司（简称“上海佑戈”）是一家集燃料电池关键部件和金属基新材料的研发与制造于一体的科技型企业，为全球燃料电池企业提供金属基双极板“OEM式服务”，为更多工业科技发展提供先进的材料基础。
上海佑戈掌握金属基双极板的核心技术与制成工艺，针对双极板开发的第一代表面改性(Au coating)和第二代表面改性(A-carbon coating)在国内外都处于一个较高水准（使用寿命达5000小时以上），而为了更好地商业化应用，即更长的使用寿命和更低的成本，研制的第三代“Plate-to-plate coating”将会改变全球双极板制成现状，顺应燃料电池发展。
8、骥翀氢能
上海骥翀氢能科技有限公司（简称“骥翀氢能”）成立于2018年12月，一家专注于自主国产化燃料电池研发与产业化的科技公司，主营业务涵盖车用燃料电池电堆定制开发、电堆销售及其它电堆技术服务等，是氢燃料电池电堆解决方案供应商，已完成二代金属板电堆马和290产品的方案设计。
当前，骥翀氢能已设计7套双极板结构和流场，匹配MEA设计，完成测试和试验，具有多种应用场景双极板和MEA方案。完善金属板表面第三代涂层技术方案，完成第四代涂层技术方案测试和试验。第四代涂层技术在模拟燃料电池环境的耐久性方面取得突破性进展。
此外，骥翀氢能完善金属双极板激光焊接工艺，探索新型金属双极板密封方案。新型金属双极板密封方案已完成模具设计和密封试验。金属双极板电堆完成MH170-1和MH170-2开发。MH170-2是MH170-1的改进型，单电堆实现输出143kW功率，是目前报导的最大单堆功率电堆。
9、捷氢科技
上海捷氢科技股份有限公司（简称"捷氢科技"）成立于2018年6月27日，以加快燃料电池产业化为己任，致力于推动氢能与燃料电池行业的发展，开创氢能时代新篇章。
捷氢科技具备大功率氢燃料电池电堆与系统设计开发和量产能力及氢燃料电池整车适配开发能力，并积极推动关键部件的国产化和产业化。
10、 航天氢能
航天氢能(上海)科技有限公司（简称“航天氢能”）致力发展成为氢电综合能源解决方案引导者和成套设备供应服务商，公司掌握自主知识产权燃料电池电堆及金属双极板、膜电极组件等关键技术，已建成年产能100MW的燃料电池自动化生产线，产品涵盖1kW到200kW不同系列燃料电池产品，主营业务面向燃料电池汽车、工程机械、发电装备等细分领域，同时涉及航海、航空、航天等特殊领域。
11、振邦氢能
湖南振邦氢能科技有限公司（简称“振邦氢能”）是一家以氢燃料电池为主，集设计、研发、制造为一体的高科技新能源企业。依托母公司二十年模具设计与制造，以及精密金属部件加工经验，公司主要研发以金属双极板为载体的质子交换膜氢燃料电池。
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1、【干货】从产能与成本角度解析碳中和背景下工业副产氢及其前景
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3、【干货】质子交换膜氢燃料电池气体扩散层及其现状4、项目|中国能建浙江火电中标两个氢能示范工程项目，山东电建宁夏公司中标首个农光储氢一体化项目5、加快布局氢能产业，上海最大氢能供应基地将于8月开建6、价格飙升！天然气落点能否在“制氢”？蓝氢能否成为当前首选？7、西部地区氢能迎来机遇期？科技部等九部门印发“十四五” 东西部科技合作实施方案！
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审核：李虹 编辑：戴欣馨联系邮箱：daixinxin@acmi.org.cn
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