“電解槽膜電極在研發(fā)階段可以先選擇小型的實驗室級設(shè)備,把產(chǎn)品做出來,做穩(wěn)定,然后再上工業(yè)級的設(shè)備。”隆深氫能總經(jīng)理丁彥春在2022高工氫電年會上表示,由于催化劑、質(zhì)子膜的材料成本占比很高,初創(chuàng)企業(yè)從小型試驗室級設(shè)備入手能節(jié)省較多的成本投入。
在本屆年會的氫氣制儲運專場,隆深氫能總經(jīng)理丁彥春發(fā)表了“突破PEM電解槽MEA制備技術(shù)”的主題演講。丁彥春分析了PEM電解槽的主要材料構(gòu)成和制造工藝流程,并介紹了隆深氫能的PEM電解槽制造設(shè)備情況。
PEM電解槽MEA制備技術(shù)解析
PEM電解槽MEA在制備過程中,需要完成漿料制備、CCM制備、五合一制備和六合一制備等關(guān)鍵步驟,在CCM制備環(huán)節(jié),根據(jù)涂布方式的不同,有“噴涂+熱壓整平”、“狹縫涂布+平板轉(zhuǎn)印”和“狹縫涂布+熱輥轉(zhuǎn)印”等不同的工藝路線可供選擇。
實驗室級別的MEA制備工藝,第一步就是漿料的制備。先后需要完成預(yù)混、分散、破碎、均質(zhì)四大步驟。漿料制備的過程中,催化劑的分散是關(guān)鍵。
“很多企業(yè)在做漿料分散的時候會遇到一定的困難,需要根據(jù)不同的工藝路線,提前進行預(yù)混。”丁彥春表示,漿料的制備有很多的講究,投放物料的順序以及所預(yù)混的時間,預(yù)混的溫度都有關(guān)系,只有熟練掌握經(jīng)驗才能取得意想不到的效果。
第二步是CCM的制備,通常用于PEM電解水制氫的質(zhì)子交換膜是115、117型號的,膜的厚度一般會超過150微米,在裁切的過程中可能會遇到一些困難。做五合一裁切隆深用的雙層邊框,在裁切點上要選擇適合自己的裁切方法,保證裁切不會產(chǎn)生刀痕或者是一些裁切邊緣的瑕疵。
涂布對于PEM電解槽的CCM制備來說,也是最為核心的工藝環(huán)節(jié),有多種工藝路線可供選擇。
實驗室級別的CCM制備,大多采用噴涂工藝,目前隆深氫能目前交付的是1.2mX1.2m以上的噴涂設(shè)備,因為涂層和膜之間的附著力沒那么強,在實現(xiàn)高效的噴涂流程以后,需要做熱壓整平。
工業(yè)級生產(chǎn)則大多采用狹縫涂布工藝,這里面有“狹縫涂布+平板轉(zhuǎn)印”和“狹縫涂布+熱壓轉(zhuǎn)印”兩種工藝路線可供選擇。
“我們在測試過程中發(fā)現(xiàn),PEM電解槽CCM在涂布過程中,在直涂的時候,陰極側(cè)是可以不產(chǎn)生溶脹。”丁彥春表示,漿料的配比尤為關(guān)鍵,不同的漿料配比溶脹性存在很大的差異。企業(yè)在選擇漿料配方的時候可以根據(jù)自身的情況做出選擇,如果做不好配比,陰極和陽極都選擇轉(zhuǎn)印工藝;如果漿料配比掌握得比較好,陰極側(cè)直接涂布到質(zhì)子交換膜上。
陽極卷材涂布一般多采用轉(zhuǎn)印工藝,先涂到轉(zhuǎn)印膜上,然后再轉(zhuǎn)印到質(zhì)子交換膜上。在實際轉(zhuǎn)印過程中,有預(yù)熱部分,如果沒有經(jīng)過預(yù)熱,轉(zhuǎn)印膜就會存在殘余或者轉(zhuǎn)印不干凈的問題。
由于催化劑、質(zhì)子膜的材料成本占比很高,為減少對材料的浪費,丁彥春建議企業(yè)在研發(fā)階段選擇小型的實驗室級設(shè)備,先把產(chǎn)品做出來,做穩(wěn)定,然后再上工業(yè)級的設(shè)備。
除了狹縫擠壓涂布+轉(zhuǎn)印的生產(chǎn)工藝,隆深氫能在電解槽MEA制備方面今年新開發(fā)了預(yù)混工藝,目前這項技術(shù)正在調(diào)試階段。這是我們工藝級的MEA制備,它的區(qū)別點在狹縫積壓+熱輥的轉(zhuǎn)印方式,一種是燃料電池的轉(zhuǎn)印工藝,我們今年還研發(fā)出一種和燃料電池不一樣的預(yù)混工藝,目前正在調(diào)試階段。
隆深氫能的PEM電解槽MEA設(shè)備突破
隆深氫能成立于2017年,是國內(nèi)燃料電池設(shè)備行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)之一。隆深氫能是佛山隆深機器人有限公司的全資子公司,隆深機器人成立于2013年,是一家專業(yè)從事工業(yè)機器人系統(tǒng)集成、非標自動化設(shè)備及整線設(shè)計制造的高新技術(shù)企業(yè)。隆深機器人在自動化產(chǎn)線設(shè)計方案深厚的經(jīng)驗積累,是隆深氫能開拓燃料電池設(shè)備及研發(fā)自動化產(chǎn)線的基石。
經(jīng)過多年時間的快速發(fā)展,公司已在東莞、蕪湖、長沙、十堰設(shè)立子公司,在上海、寧波、武漢等多個地區(qū)設(shè)立分公司?,F(xiàn)階段,隆深氫能已具備成熟的膜電極(MEA)生產(chǎn)及檢驗小試/中試/整線設(shè)備交付能力,同時在雙極板生產(chǎn)、電堆裝配等方面的設(shè)備也做了大量的研究開發(fā),可以為用戶提供質(zhì)子交換膜燃料電池整線解決方案。
在新產(chǎn)品推出方面,除了在燃料電池設(shè)備上持續(xù)迭代,2022年以來隆深氫能還推出了一系列電解水制氫設(shè)備產(chǎn)品,主要包含以下4類:
1、新一代熱轉(zhuǎn)印封裝技術(shù)及裝備:特殊的轉(zhuǎn)印結(jié)構(gòu)保證陰陽極雙面同時間歇轉(zhuǎn)印,大幅提高設(shè)備轉(zhuǎn)印效率,精密的牽引力控制保證CCM不拉伸變形,轉(zhuǎn)印良品率大幅提升,并且配置轉(zhuǎn)印瑕疵在線檢測,瑕疵區(qū)域Mark點標機。
2、PEM水電解噴涂機:采用特殊噴頭結(jié)構(gòu)實現(xiàn)大流量噴涂,密封防護保證設(shè)備的防腐蝕提高壽命,龍門的高剛度結(jié)構(gòu)保證噴涂的精度。
3、PEM水電解封裝生產(chǎn)線:采用自動化機器人連接提高生產(chǎn)效率,采用特殊工藝保證邊框膜緊固可靠,在線瑕疵等品控提高成品率。
4、液流電池試驗中小式組裝技術(shù):采用特殊結(jié)構(gòu)保證多工位高效協(xié)同;不同的連接板螺栓連接工藝提高裝配效率。
截至目前,隆深氫能在PEM電解槽MEA制造設(shè)備方面已經(jīng)開發(fā)了CCM噴涂機、CCM涂布機、六合一封裝線和電堆組堆線等多款產(chǎn)品,并服務(wù)國內(nèi)多家頭部企業(yè)。
原標題:隆深氫能丁彥春:突破PEM電解槽MEA制備技術(shù)