膜电极作为燃料电池的“芯片”,其质量决定了燃料电池的性能和寿命。然而,膜电极技术自主化和产业化,一直是制约我国氢能产业发展的“卡脖子”难题。
记者在调研中发现,以燃料电池制备技术来看,国内燃料电池行业虽已发展多年,但是膜电极产业化经验至今尚未成熟,整体制备水平效率不高,多项工艺难点还有待突破。
不过,随着国产膜电极制备工艺的进步,尤其是一些国产膜电极设备企业的加入,此前装备和工艺落后的局面大为改观。
“MEA全自动化生产线减少了生产过程中的人工参与,提高产品质量,保证了产品的一致性。”隆深机器人氢能装备事业部总经理丁彦春告诉记者,自动化设备和工艺导入燃料电池制造将有力推动行业发展进程。
自动化助推燃料电池制备技术变革
作为国内极少数能开发氢能源膜电极自动化生产线的企业之一,隆深机器人在氢能设备自动化领域的开局得益于一次服务客户的收获。
在2017年年底,因为一个偶然的机会,在给客户解决人工贴合难题的过程中,隆深机器人开始接触并了解氢能源,2018年5月开始布局。目前,隆深机器人的膜电极自动化生产线已经在一些企业和科研单位中应用。
作为一家专业从事工业机器人系统集成、非标自动化设备及整线设计制造、机器人本体、控制器研发及智能制造服务的企业。隆深机器人自2013年成立以来,在机器人集成领域积累了丰富的经验。经过六年的快速发展,公司已在东莞、芜湖、长沙、十堰设立子公司,在上海、宁波、武汉设立分公司。
机器人领域丰富的自动化经验是隆深机器人敢于开拓燃料电池制造市场的底气。
现阶段,隆深机器人已具备成熟的膜电极(MEA)生产及检验小试/中试/整线设备交付能力,同时在双极板生产、电堆装配等方面的设备也做了大量的研究开发,可以为用户提供质子交换膜燃料电池整线解决方案。
隆深的CCM双面直接涂布线
以其MEA全自动满生产线为例,该产线包含浆料制备、碳纸疏水预处理线、CCM双面直接涂布线/GDL涂布辊压线、CCM裁切/边框膜裁切/GDL裁切设备、MEA五合一/七合一贴合设备、尺寸检测/瑕疵检测/气密性检测设备等。
在膜电极设备领域,隆深机器人解决了浆料的分散粒径、稳定性,质子交换膜两面直接涂布,柔性切割,MEA五合一卷对卷贴合,高效的瑕疵检测、气密性检测等几大难题。
此外,隆深机器人膜电极自动化生产线最大的特点就是实现了可柔性生产,且具备全自动化生产能力。这对于燃料电池制备技术来说,无疑是一次重大的变革。
隆深机器人的MEA封装检测线
“隆深的MEA生产线能有效解决双面直涂以及溶胀问题。”丁彦春表示,在不断配合客户调试的过程中,公司的产品在解决工艺难题方面有丰富的经验积累。
当下,国产膜电极涂布工艺在经历了第一代“双面转印”与第二代“阴极直涂阳极转印”之后,工艺仍然有发展和提升的空间。而效率更高的双面直涂工艺被认为是未来的主流方向,将会在1到2年内快速推广起来。
国产燃料电池设备市场前景广阔
与3C、汽车领域相对成熟的生产及工艺路线相比较,处于探索初期的氢能源设备自动化则更显非标定制的难点。关于这一点,隆深机器人在“摸着石头过河”的探索过程中体会得更为深刻。
“MEA生产工艺,每一家都有所不同,行业内没有形成一套标准工艺路线,大家都在尝试。其他环节的很多设备也都没有相应的标准。”丁彦春表示,现阶段客户的定制化需求是主流,隆深也会向高校和科研机构提供小型的单机设备。
事实上,隆深机器人在氢能装备领域快速崛起,还得益于佛山氢能产业的快速发展。过去十年以来,作为传统制造重镇,佛山的氢能产业从零起步,已逐渐形成从制氢、储氢、加氢到零部件、整车制造的完整产业链,并率先进行商业化示范,走在了广东乃至中国氢能产业的最前列。
从佛山南海、顺德、三水、禅城等各区已投放、计划投放及招标氢能车辆来看,佛山全市在2020年氢能车辆投放超1000辆是大概率事件。
特别是四部委对燃料电池产业“以奖代补”的扶持政策定调后,长三角、珠三角和京津冀等优势地区的氢能源产业及氢燃料电池汽车产业将迎来高速发展时期,中国氢燃料电池设备市场随之水涨船高。
GGII在《中国氢燃料电池电堆生产设备行业调研分析报告(2019-2023年)》中的数据显示,2019年中国氢燃料电池电堆产业链设备市场规模约10亿元,其中膜电极生产设备占比29%,是市场占比最高的单一设备类型。
“随着膜电极技术进步,需求量提升,膜电极产线建设数量仍将保持增长。”GGII分析师认为。从市场规模来看,到2025年中国车用领域氢燃料电池膜电极市场需求有望达到23亿元。
目前,隆深机器人已经专门成立氢能事业部,以期更好地布局氢能装备市场和产品,服务氢能企业。
值得一提的是,随着燃料电池行业的发展,国内的高等院校和和科研机构也纷纷开展MEA的研究。为此,隆深机器人特别开发了小型的膜电极生产中试线,大大降低了设备成本,可以充分满足科研院所的研究需求。