联华新能源黄镇江：基于封装技术的燃料电池电堆技术研究

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，常熟联华新能源科技有限公司董事长黄镇江发表了演讲。以下内容为现场发言实录：

首先感谢杜总的介绍，同时也感谢大会提供这么好的平台，让我在这边跟各位做一个初步的交流，简介一下我们公司核心的技术。

这个题目我印象中好像杜总就直接命题给我，他对我们公司非常了解，大概理解我们公司的核心技术，不错，这正是我要讲的一个题目。

经过这一两个礼拜，我想说如果再加上两个字可能对我们公司的介绍更传神，也就是在封装前面再加一个柔性，为什么是柔性？等一下我们在核心技术介绍部分会跟各位分享。

今天简报内容分为三个部分，一个结语。一个是电堆技术的简介（核心技术的简介），再就是一体化封装，再就是产品的特色，最后放个影片，让各位了解一下我们是怎么做一体化封装的。

在技术简介部分，我们先用这张图说明一下，我把电堆主要的核心技术分成3个大类，第一个是双极板或者极板或者分隔板都可以，第二个是膜电极，当然包含气体扩散层。第三个就是怎样把这两个重要的零组件整合在一起，这就是一个所谓的封装技术。

在行业里面有很多不同的把电堆组装出来的方法，我们公司大概在这边也花了一段时间，参考了国内外头部企业的一些技术，融合之后开发出我们的一体化疯长技术。

这边有一个百分比，这个百分比大概是说明它大概在电堆里面占的成本，比如说双极板大概35%，膜电极+GDL大概是50%甚至更高，然后是封装的部分，其实我们三个核心技术都有在布局投入，但是在有关膜电极的部分，因为我们还没有投产，这部分大概就不适合在今天做说明，所以今天会聚焦在一跟三。在电堆下面有一个电解槽，等一下我再说明一下为什么会加不同的产品。

这是一个单电池或者我们讲电芯的结构，包括上下的分隔板或者说双极板也可以，中间CCM+GDL，还有它的封装方式，或者你用激光焊接或者用胶盒都可以。

显然我刚才讲加柔性两个字就是我们不去做硬碰硬的动作，用柔性的方式去处理我们密封的工作。当年这里面还有一个叫微孔网的，微孔网在丰田一代技术里面有用，在第二代就没有再使用了。

视频里面大概就说明我们是怎么样去面对一个电堆的，从大回到小，一个大的电堆我们先想办法一个模块一个模块做出来，这个模块的主体就是电芯，就是我们左边的图，一个模块我们设计是由12个电芯来组成，这个模块的功率大概是3.6千瓦，这个视频里面的电堆事实上是我们在台湾的时候在2018年、2019年的时候就做出来了，也卖了很多套，在欧洲、土耳其。目前我们在常熟生产的是第二代，要比这个更进一步，基本上它的逻辑方式是一样的。

这是一个60千瓦的电堆，总共有18个模块，形成一个60千瓦的电堆，它的结构我们再用这张静置的图来看，就是一个电芯单元，大概300瓦，一个模块大概是3.6千瓦，12个电芯形成一个模块。再由前后端板把我们要多少功率的电堆就组装多少个模块，来形成我们的电堆。

第二部分我谈一下我们是怎么封装的，各位可以看一下，这是我们不同功率的产品，从10千瓦、20千瓦、30千瓦到60千瓦，那时候最大组装到120千瓦，那是已经封在壳子里面了，所以它看不出来。

我秀这张图的意思，它除了模块的多寡之后，前后端板、极电板甚至CVM，它的结构都是一样的，没有什么差别。这张图的右边是一个100千瓦的电堆，它就是把模块放到里面了，外面加一个壳子。

我们一开始先把电芯单元做出来，电芯单元做出来的时候要组成100千瓦的电堆，要有360个电芯，后来我们发现这很麻烦，而且360片电芯要对位，光是对位就是一个很麻烦的工作。所以我们后来采用模块，先把12个电芯做一个对位，组成一个单元，之后再用30个模块来组成我们100千瓦的电堆。

封装有什么优势？看优势首先要有对照，我们采用的对照就是我们目前很多头部企业所采用的双极板模式再加七合一MEA连续堆叠的模式，也就是说先用激光焊接把双极板整合起来，再就是七合一的MEA把它组好，组好之后总共有720片。

光是720片对位，就我个人的经验会疯掉，当然现在机械手的精度都很高。我们过去的经验，这个的良率实在不怎么高，我们后来参照了丰田，他是先把一个单电池，就我这边讲的电芯先做出来，这有一个好处，像720片堆完以后才能开始做测漏，测漏怎么办，一漏怎么办，这720片就要全拆。

你先做一个电芯，你可以一个电芯一个电芯的去做检测，我想这也是丰田为什么采用这种方式的很重要的原因，在他的最小单元就可以先做检测，先做QC，这样一个方式的良率就会非常高。

但是它也要360片，它也有所谓对位的问题，我们是红色的，12个阴极板，12个阳极板，再就是12个密封间再12个MEA一起对位，对位完毕之后，相同功率的电堆我们有30个模块，相对组装就会简单，生产力就会比较高，所以它具有一个生产力的优势。

第二就是环保的优势，主要柔性封装。我们柔性封装里面所采用的胶是一个非常便宜的，但是它又非常环保，怎么说环保呢？因为这个胶它属于橡胶类，橡胶一般来讲大家都认为是石化工业的产物。的确没有错，早期是都是这样子，现在有一种像胶原材料，因为里面有很重要一部分是所谓的乙烯，乙烯这个材料，我们是来自于植物，所以相对的它占了大概有一半左右的重量。所以相对的，我们这样的一个封装，采用这样的一个胶，一个所谓的碳足迹就会大幅的下降大幅的下降。这个胶我们把它先做成不同的形式，有软质的，有硬质的，也有液态，针对不同位置需要的一个胶合的需求。

这部分我补充一下。刚才那个是胶的部分，第二部分是双极版的部分，占了也是有3分之1左右的一个成本，最近也开始使用了，给客户的电堆里，就用我们自己做的预涂层的钛板，这跟国内目前普遍使用的这个PPD厚涂层的大概不太一样。就是说我们先把卷料做一个表面处理，表面处理完毕以后，我们后面再做成型。这个优势当然就有一个性能上面的优势，因为我们使用的基材是钛，那为什么不使用不锈钢呢？

这个问题我想大家在做金属双极板的时候，都会有一这样的一个文笔，不锈钢316不是很便宜吗？这个每公斤二三十块，但是你用钛是两三百块了，大概在8倍到10倍左右。但是很奇怪，丰田它从头到尾就是使用钛，这很重要的讲的所谓的铁离子稀疏的问题。这个风险太高了，这会影响到我们的所有的MEA的一个降解。

MEA一旦有铁离子析出的时候，会产生所谓的更高分子，产生所谓的分盾效应，会很快的降解的我们的膜。所以这部分，各位可以参照一下丰田，它有一个论文，特别强调在做金属双极板的时候确实是用不锈钢，后面一直多现在目前为止，为什么用钛的，写的非常清楚。

这篇文献是跟丰田供应商一起发表的，在这个地方特别强调后面，大概也会使用钛。现在的问题成本怎么解决，我们在钛双极板的解决方式，把原来厚涂层改成预涂层，这样来大幅降低成本。这边各位可以看一下，好像下面有一个成本，跟头部企业的比较，包括从基材、涂层、成型再来结合，当然这分不一样的方式。当然可以对照一下，成本大概是二分之一左右。所以不会因为基材的问题而让成本提高，反而因为预涂层的技术使用，让整个成本下降。

成本的优势我们也对照一下国外的，包括Sunny，它是用不锈钢的，还有德国的records等各位参考一下，这在这边就不再做赘述了。至于我们产品的特色，这部分我们分几个部分来看，因为模块化的设计，当然就是导入后，扩充性很好，可以弹性扩充。

60千瓦的，100千瓦、120千瓦甚至更高的，也都是用相同的模块。所以在量产过程，它的程序是不变的，等下会用视频跟大家分享。所以它是可扩充可拆卸，相对的当然原始阶段就做QC，它的精度会较高，产品特色就是刚才讲的，最小的交货有十千瓦的，目前准备较货的是一个100千瓦的，都是用相同模块。

这样的主装，我们有开发为了电信模块，特别设计了一个电对组装机，在上面摆好就可以进行组装。这张投影片的照片是我们在台湾开发的原型机，这里也委托了国内的供应商制作，做的非常漂亮，等下各位可以从视频里看一下。国内有关制造技术、加工技术现在非常不错。

再来就是配套，当然你做好后，不是只有卖模块，当然我们可以当卖模块，一般来讲都希望直接给电堆，包括CDM都会提供，甚至domain sale, 我们都会帮客户来做提供。在应用广泛，就是我刚才讲的，我们一个模块，你从小功率到大功率，所以它应用平台它是一个非常广的。

这个特点是我加上去的，因为我们同样一个封装技术，最近用在AEM电解槽，都一样。右边是燃料电池的电堆，这已经交货了，它是一个30千瓦的一个电堆。左边是AEM水电解槽，我们采用同样的封装技术，一样可以做这个电解槽组装，这是一个AM电解槽的一个结构，包括一样是双极板，再来就是阴离子膜，还有这个膜电极。我们是用CCS的是，去制作AEM催化进程，这部分基本上没有用到贵金属。

当然这是AEM水电解槽的规格，当然我们现在还没有反手，只是打样，电堆是可以卖了，现在已经供货，也给蛮多客户的了。但是OEM水电解槽，只是跟各位展示，同样一个封装技术，一样用在水电解槽这边来使用。

在最后两张PPT，这张可以看到这是30千瓦的电堆，已经交货了，交货当下我们其实这张PPT是今天加的，主要帮中汽研这边，也要了解一下它对我们的助益有多少。我们是小公司，我们一开始到常数也想说，我们电堆组完后，怎么量测。第一个问题，这个根本不用考虑，因为我们公司在园区里不能用氢器的，所以我们大小念头。那时候国内很多，包括长三角厂商找了一遍，很凑巧碰到我们杜总，刚才也在这边设立测试中心，所以他变成我们非常好的助力。

所以30千瓦的电堆我们看一下测试结果，照片下面，大家可以看到CVM量测结果。30千瓦的电堆，我们在70%左右的功率输出，这时候大概20千瓦，主要就是各位可以看中汽研的测试设备有多好，看电压稳定度有多高，这都是中汽研的测试设备的功劳。这是108片的电芯的电堆，大家可以看到，大概在0.7多，它的这个偏差均偏差会非常小。

最后我们看一下有一个影片，这个影片是大概说明一下我们怎么样把我们的产品做出来的，这条产线呢目前是在在常熟，离东汽研的常熟的中心大概两三公里左右，非常轻松。

这个金属板进来，我们先做一个干式的一个清洗。清洗以后，我们会上胶，因为我们是柔性的封装基本上这个过程里面会想办法，要把我们自己开发的，很稳很扎实的连接到我们的这个金属表面。所以要清洗干净，清洗干净之后再做一个利用自动化。就必须做机构调整，调整后，把我们一卷一卷的胶先裁切。

裁切完毕以后，我们就怎么样把这个胶跟我们的金属板做对位。对位后，后来我们就会上胶连的机器，双极版就做好了。这个是七合一的NEA的过程。基本上前面还是必须从这个裁切了。裁切、包装，线跟基地都必须要先备料备好。

被好后，因为很软，封装很关键的问题，这么软怎么结合，要贴牢，就是很重要的一个核心的一个部分，把切和双极板做好了之后，我们就会进行模块上料。总共要上11次，之后我们会进行最后的封装，这就是我们二代的模块。各位可以看到在电堆里面测试的102电芯，就是用这个模块。

这时候要组装电堆怎么组装呢，一样这个模块放到我们的制具上，这大概200千瓦，我们现在最大供货100千瓦。这台及其我们已经销售到南非一台了，反而国外对我们的技术发展也很有兴趣，这就是我们的过程，谢谢。

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）