海晫电堆秦臻：硅基双极板用于燃料电池电堆的研发及验证技术的报告

10月30-31日，2024汽车技术与装备发展论坛在苏州召开，政府领导，院士专家，装备、汽车及产业链企业高层齐聚，围绕“共筑汽车产业新质生产力”年度主题，聚焦新技术、新装备、新生态展开深入研讨，探索装备制造与汽车产业的融合发展路径。论坛由1场闭门会、1场开幕大会、2场特色活动和4场分论坛构成，搭建起国内首个聚焦“汽车技术与装备发展”领域的高端对接平台。其中，在2024汽车技术与装备发展论坛之氢燃料电池技术研究及测试装备论坛上，海晫电堆研发经理秦臻发表了演讲。以下内容为现场发言实录：

首先感谢组委会的邀请，还有中汽院能够给我们这样一个机会，向大家汇报一下我们在燃料电池领域的一些离经叛道的做法。

我是浙江海晫新能源科技有限公司，我主要负责电堆的研发，我们的题目是《硅基双极板技术提供低成本氢能的解决方案》，主要从4个方面进行介绍。

首先是最老生常谈的一个，就是燃料电池和电解槽，这里我把它放在一起，最主要的原因是说其实氢气这个东西是很早就有的，论坛的主题也是氢能，怎么从氢气变成氢能，我觉得一定要借助燃料电池，还要借助电解槽，只有在这两个设备都做的非常成熟，产业化之后，我们才可以把一个非常古老的氢气叫成新的氢能。

接下来介绍一下双极板的作用，简单过一下，因为大家都是这个行业的专家了，双极板最主要的4个核心作用，一个是高效的传导电子，第二个是均匀的分配气体，第三个是稳定的热量调节，第四个是可靠的机械支撑。

这些它的功能就对双极板材料提出了一些需求，比如说电导率一定要好，热导率一定要比较高，机械跟化学的稳定性要好，最重要的是可以大规模的产业化。

基于这样的需求，目前我们常规的双极板主要有石墨板、金属板，还有一个基于石墨板跟双极板的复合材料，我把它进行了一些对比，在这中间我们发现双极板特别是石墨跟金属板都是存在一些短板的，比如说石墨板很难做的比较小，金属板最核心的困难是它的抗腐蚀。

基于这些思考，我们浙江海晫利用我们在光伏和半导体中间的经验，发现我们可以引入硅基的双极板，首先硅基的双极板可以做的非常薄，我们的单片可以做到0.3到0.5毫米，我们可以进行专业的非常成熟非常快速化的流场设计，这主要是基于半导体的，比如说半导体里面精度的要求是我们沟道成形要在纳米级别，但是我们在燃料电池里面就会发现实际上你只要达到微米级别就可以了。

其次就是硅材料这样一个材料特性，它在酸性的特别是PEM燃料电池工作情况下是不会发生反应的，这样就决定了这个材料的高耐腐蚀性，然后是它的高电导和高热导，最后我们的产业化主要是依托了现在非常成熟的光伏产业。

这个材料我们知道是很好了，自己团队也测试过，但是我们还是要经过行业的检验，我们现在是与上海交通大学燃料电池所专业的团队进行合作，对我们的材料进行了一个全方位的检测，检测的数据与DOE数据进行对比，我们可以看到其实我们在各项指标上都是远超DOE整个标准，其实每个人提到硅，最关心的就是硅易碎的特性，在我们这里测试了它的抗温强度就会发现硅的抗温强度可以轻松达到200兆帕的量级，远远高于DOE25兆帕的要求。

我们基于硅基的双极板开发了两套产品，一套是PEM的燃料电池，它可以覆盖1到120千瓦的功率需求，另外一个是我们团队也在做PEM电解槽，目前已经开发到50标方大小。

再看我们这个产品的一些特性，首先是燃料电池产品，它目前是从10千瓦到120千瓦是做的比较成熟的，在各个功率段我们发现用硅的体积可以做的比较小，功率做的比较高之后，它的体积功率密度跟质量功率密度都可以达到一个比较好的水平，基本上都是超过七千瓦每升的数值，其中我们做的最高的是20千瓦的产品，体积功率密度可以达到8.5千瓦每升，质量功率密度可以达到6.5千瓦每千克。

接下来介绍一下电解槽的产品，发现它跟主流的电解槽性能基本上是差不多的。但因为我们是用了一个硅基的材料，所以我们在双极板这个层面要比常规的金属双极板便宜很多，所以在电解槽里面，可能成本是一个主要的优势。

基于上面的燃料电池特性，我们也开发出了模块化的PEM电解系统，以及这个燃料电池热电联供的系统。这两个系统的话，目前都是跟澳洲有一个项目在推进。

具体总结一下，刚刚讲的这个硅基燃料电池的一个主要的优势，主要是一个是性能好。这个性能好的话，我们总结下来主要是我们在沟道方面的一个加工能力，以及它的一个精确控制的能力决定。耐久好，这是硅的材料本身决定的，成本低这是光伏产业它的一个背景决定的。

这三个特性最终决定了我们现在这个产品的一个主打的亮点，是它的一个轻量化跟紧凑化。我们在跟很多同行进行交流的时候，其实大家都会有一个比较大的疑问，就是我们为什么要用硅这样一个材料，发散一下，主要还是我们比较看重规的这些特性。

第一个是它是地球峰度第二的一个元素，其实被一个潜力可以说是无限的。然后它本身这个材料是无毒无害的。硅的一个密度是比较低的，它的密度只有2.3，跟石墨板是一样的，这样它就可以比较适合这个轻质化的需求。他其实主现在已经大规模的应用于光伏和半导体领域。在这些领域的应用，就发现它其实具有非常高的一个机械和化学的稳定性。

海晫优势主要我们是从光伏行业出来，然后把光伏的材料应用到燃料电池、氢能这样一个领域里面。所以我们可以一个是硅片的易得性，也就是我们原材料的易得性。第二个是我们拿这个硅料的成本也是比较低的。第三个是整个工艺的开发。

我们基于光伏和半导体成熟的工艺，这样我整个设备包括自动化的设备，都是比较成熟的。我们可以借助现在光伏和半导体溢出的产能吸引他们据两人才储备。

这里举个例子，就是太阳能供应链，其实现在全球多晶硅的产能每年是大概是在200万吨的量级，规定的全球产能每年是在180万吨的产值。如果用硅基双极板来做这个大概一吨的这个规，可以对应到1兆瓦的量级。

基于上面讲的这个产品，我们也是有了一些应用。左边是我们开发的6000瓦的水冷堆，是专为无人机开发的，它可以稳定的在这个低低压低湿的情况下去工作。这个电堆的一个大小，大家可以看到做一个对比，是跟300CC的这样一个矿泉水瓶差不多高的。另外我们团队也是开发出紧凑的固定式发电，和固定式发电的这样一个燃料电池解决的方案，主要还是用在发电和备用电源领域。

与现在的燃料电池的基础设备的集成，可以减少对这个高纯度氢气的一个依赖。最后我们这里介绍一下，就是目前跟澳洲在做的一个项目，可能就是把前面刚刚讲的电解槽，和后面的燃料电池结合起来。同时用我们在光伏领域的一些资源，创造出一种分布式氢能的一个系统。

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）