“選材的成功與否在很大程度上決定著模壓復合石墨雙極板的成品質量。”杜科新材總經(jīng)理鄭健保在2022高工氫電年會上表示，要做好模壓復合石墨雙極板，做好材料篩選是基本前提。
“選材的成功與否在很大程度上決定著模壓復合石墨雙極板的成品質量。”杜科新材總經(jīng)理鄭健保在2022高工氫電年會上表示，要做好模壓復合石墨雙極板，做好材料篩選是基本前提。
在本屆年會的【杜科新材冠名】電堆與核心材料專場，鄭健保發(fā)表了“燃料電池材料選型”的主題演講。他從模壓基板的選擇、模具設計、壓機選擇、微孔填充劑選擇、冷卻腔粘接密封膠選擇等多個層面，對如何做好模壓石墨雙極板進行了詳細解讀。同時他還對膜電極粘接密封技術進行了深入分析。
選材是做好模壓石墨雙極板的基礎
做好模壓石墨雙極板的第一個關鍵之處在于選材，選好材料是做好產品的基礎。在模壓基板的選擇方面，有3個要素需要重點關注。首先，為了達到高電導率，需對生產基板的石墨進行粒徑選擇和均勻混合；其次，根據(jù)流場設計選擇對應的基板體密度，流道脊寬、高和極板的最薄處決定基板的選擇；第三，基板的面密度均勻性決定極板的各項性能均勻性，要選擇面密度均勻性合適的基板。在壓機選擇方面，壓機的臺面精度影響著模具壽命和極板的精度；壓機的噸位應盡量選擇大點的，最好選擇大直徑單缸，確保模具受力均勻；模壓方式選擇位移模式，避免壓力波動影響厚度精度。在微孔填充劑選擇方面，微孔填充劑對雙極板的使用壽命起到關鍵性作用，和極板的氣密性、硬度、強度、耐溫變形性及耐化學腐蝕性等息息相關；微孔填充劑應可以長期耐酸和耐燃料電池專用防凍液，避免長期浸泡后造成極板漏氣、漏液；微孔填充劑應長期耐高低溫，避免在高溫下軟化，影響抗壓強度，對此，鄭健保建議選擇玻璃化轉變溫度≥150℃的填充劑。在冷卻腔粘接密封膠選擇方面，由于模壓石墨雙極板的材質和硬質雕刻板不同，其對膠粘劑的要求更高，需具備高剪切強度，低固化收縮率、好的潤濕性及優(yōu)異的韌性；長期耐酸和耐燃料電池專用防凍液，也是冷卻腔粘接密封膠的必備要求；雙極板的大功率、薄量化是發(fā)展方向，勢必導致流場變淺，進氣壓力和流體阻力也會變大，對冷卻腔的密封耐壓提出了更高的要求，要想長期保證200KPa的壓力不漏氣、漏液，產品的設計耐壓值應確保300KPa壓力下不漏氣。此外，鄭健保對膜電極粘接密封技術也提出了自己的思考。膜電極對粘接密封膠的要求主要有以下4點：
1、粘接密封膠固化過程中沒有揮發(fā)物或揮發(fā)物對催化劑不影響，固化的粘接密封膠在高溫酸性環(huán)境中沒有離子析出
2、長期耐酸性環(huán)境的水煮不脫落分離
3、對溶脹的PEM、邊框材料PEN/PET及GDL的粘接力強，滿足氣密要求
4、滿足批量自動化生產的工藝要求
杜科新材的復合雙極板和燃料電池用膠實踐
作為一家專業(yè)的氫能源燃料電池整體用膠及復合雙極板解決方案提供商，杜科新材目前已經(jīng)建立了完整的燃料電池用膠產品矩陣，公司已經(jīng)先后推出了石墨板微孔堵漏膠、石墨雙極板水場粘接膠、雙極板氣場注塑密封膠、MEA邊框及碳紙粘接膠、GDL粘接邊框膠、增濕器灌封膠、金屬板底涂粘接密封墊等多款產品。根據(jù)電堆產品的升級迭代不斷更新用膠技術，是杜科新材在燃料電池用膠領域快速崛起的關鍵。為滿足MEA注塑一體成型工藝要求，杜科新材還開發(fā)了雙極板氣場注塑密封膠DB9602系列產品。DB9602系列可以滿足燃料電池各類使用環(huán)境要求，可以同時適配石墨雙極板和金屬雙極板氣場密封。MEA的注塑一體成型工藝，固化后的膠條，具有優(yōu)異的物理、電氣性能，密封性能優(yōu)異等。在MEA邊框及碳紙粘接膠方面，杜科新材開發(fā)了DB712H系列產品。該系列產品專為燃料電池MEA粘接設計的。單組份紫外線光固化膠，對 PET、PEN、質子交換膜、碳紙等基材有優(yōu)秀的附著力，具有粘接強度高、收縮率低、吸水率低、耐水煮、耐酸性能優(yōu)異特點，滿足絲網(wǎng)印刷工藝。基于模壓復合石墨雙極板的廣闊前景，杜科新材在復合雙極板用膠粘劑的業(yè)務基礎上作出戰(zhàn)略轉型。2020年年底由漢纜股份、杜科新材以及青島巖海碳材料三方聯(lián)合成立的青島杜科，主要專注于超薄復合石墨雙極板組件的生產和銷售。在雙極板業(yè)務方面，青島杜科已經(jīng)拓展了柔性石墨預制板（基板）、復合雙極板、復合雙極板組件（帶密封）等多款產品。杜科還計劃在2023年推出金屬石墨復合板產品。與行業(yè)里通常所采用的熱壓工藝不同，青島杜科采用的是冷壓工藝。相比于熱壓工藝，冷壓工藝的精度更高，能達到0.01mm，明顯高于熱壓工藝的0.04mm；除了精度上的提升，冷壓工藝的另一大優(yōu)勢在于，可以讓雙極板的面密度更均勻，極板導電率的一致性更好。 根據(jù)下游客戶提供的測試數(shù)據(jù)顯示，青島杜科的模壓復合雙極板水場粘接后最薄1.35mm，電導率≥300S/cm，接觸電阻≤3.5mΩ·cm2，模壓精度±0.01mm，使用溫度-40~200℃，正壓200KPa進氣壓力無泄漏，板的外觀沒有毛刺。 “目前杜科模壓石墨雙極板自動化粘接密封生產線已經(jīng)到位。”鄭健保表示，青島杜科在產能上也做好了準備，目前公司已經(jīng)建成年產100萬組模壓復合雙極板的產能，并搭建了自動化生產線，計劃明年再擴充100萬組/年產能，迎接增量市場的需求。
