在“双碳”目标的强力驱动下,电解水制氢技术作为一种绿色、可持续的制氢方法,凭借其高效、清洁的特性,成为新能源领域的焦点。然而,设备的轻量化与性能优化始终是行业突破的关键问题。为了克服这些瓶颈,通过采用精密注塑工艺与特种工程树脂的紧密结合,正在为电解水制氢设备带来质的飞跃。
电解水制氢设备的核心部件——电极框架,长期面临着严苛的工作环境挑战。传统金属极框虽然强度高,但重量大、成本高,且在碱性电解液中长时间浸泡容易出现腐蚀问题,不仅影响了设备寿命,还增加了维护成本。并且设备整体的笨重也不利于运输和安装,从而限制了制氢设备的规模化应用。
电解槽小室结构,摄于世索科展台
一、高性能PSU在制氢电解槽极框的应用升级中给定了新方向
在实际应用中,PSU在中低温、成本敏感场景中更具性价比,而由于其优异的耐碱性,主要应用于碱性电解槽
注塑PSU树脂极框可长期耐受电解槽内高浓度强碱电解液的侵蚀,无金属离子析出,避免污染电解液和堵塞隔膜,能大幅延长电解槽使用寿命,相较于传统金属极框无需额外做防腐处理,从源头减少工序成本。
PSU本身还具备出色的机械强度和尺寸稳定性,可承受电解槽堆垛运行时的高压,热稳定性良好,能适配电解槽常规运行温度,不易变形;并且PSU树脂密度远低于钢材,替换金属极框可实现显著减重效果,有效降低设备运输、吊装及安装成本,同时其良好的电绝缘性可彻底阻断旁路电流,提升电解槽电流效率,进一步降低制氢电耗成本。
电解槽小室组件,图源天际氢能
值得一提的是,除了PSU,行业内也在探索PPSU、PPS、PEI等材料。PPSU的耐温等级更高、抗冲击韧性更优,使得它也成为高温高压电解槽极框的理想材料;且由于PPSU结构高纯度的特性,适用于一体化设计。
PEI则在纯水PEM、耐酸等制氢场景中表现优异,它的抗蠕变性可提供长期稳定密封,避免氢气/氧气交叉渗透,保障系统的安全。但目前来看,PSU凭借其性价比和成熟的供应链,在碱性电解槽极框应用中占据着主导地位。
二、精密注塑技术与PSU树脂极框结合的专业挑战及解决方案
依托精密注塑成型技术能够将PSU树脂的优异性能完美转化为实用的电极框架,但是其在注塑过程中也会面临些许的独特挑战。作为专业的注塑厂家,常州瑞璐塑业有限公司通过多项专业技术方案把控产品质量:
1.高温料的预处理及注塑难点:高温工程塑料具有高熔点,高粘度特性,需除湿干燥处理。
2.极框产品翘曲和平行精度:通过优化模具结构,调整模具冷却和填充平衡,消除因冷却不均,导致的收缩不均引起产品翘曲。
3.极框产品内应力:使用特殊溶剂浸泡法,检测到高应力区域出现龟裂;针对该区域应力产生问题点,瑞璐塑业通过“设计优化+工艺控制+后处理消除+多层检测”的完整体系可以有效地将电解槽极框的内应力控制在合格范围内,确保长期的可靠性。
三、注塑成型工艺系统性带来大规模生产与降本增效的加工优势
1、一体化集成设计
传统的金属极框需要将密封线、流道槽通过机械加工或焊接来实现,工序冗长。而PSU极框在模具设计阶段即可完成注塑一体化成型,省去了大量的二次加工和装配工序,减少了泄漏风险点,显著降低了制造和组装成本。
2、材料利用率高
通常金属极框是由厚板切割再经车铣加工而成,大量材料变成了切屑,材料利用率低,且机加工过程能耗高。注塑加工工艺是将熔融树脂直接注入模腔,几乎不产生废料,已将极高的材料利用率直接转化为单件成本的下降。
3、尺寸一致性与复制性
电解槽的组装往往涉及数百个单槽的堆叠。注塑加工具有极高的复制性:一旦模具和工艺参数固化,每一批次的极框都能保持相同的几何精度和性能。这不仅大幅降低了现场安装时的修配工作量,有效缩短了电解槽的交付周期,助力其快速响应市场需求。
随着电解水制氢行业的快速发展,对设备性能和成本的要求将越来越高。精密注塑成型PSU以及PPSU、PPS、PEI树脂极框技术有望在更多场景中得到应用和推广。下面整理了9家树脂极框的厂商,排序不分前后,仅供信息参考。
四、电解槽塑料极框制造厂商

1. 常州瑞璐塑业

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官网https://www.reliable-plastics.com/

瑞璐塑业公司成立于2016年,拥有十多年的特种塑料零件注塑加工成型经验,公司专注于PPSU、PSU、PEEK、PEI等工程塑料精密注塑,在ALK、PEM、AEM电解水制氢的非金属树脂极框的材料选型、结构设计、注塑成型拥有相当丰富的经验。  

瑞璐塑业通过技术创新和精密制造,为电解水制氢行业提供了轻量化、耐腐蚀的氢能电解槽塑料极框方案,现已开发的极框案例有:PSU电解槽塑料极框、PPSU氢能塑料极框、PEI电解槽制氢塑料极框等。

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2. 上海斐业

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上海斐业精密机械制造有限公司成立于2004年,公司实现了CAD/CAE/CAM模具设计、加工、制造一体化,优化了模具的制造流程,大大提高了模具进度,缩短了制造周期。

自2009年开始,该公司技术团队致力于开发制氢设备电解槽极框的模具开发,经过多年的研究,不断改进生产工艺,公司已可生产0.15m-2m的各类方框、圆框,平行度可控制在1.2m±0.05mm,满足不同设备需求。

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聚砜极框

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3. 氟达氢能

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官网http://fuda-h2.com/

氟达氢能是福达旗下全资子公司,多年专业研发ALK、PEM电解水制氢复合密封垫片系统与非金属极框设计、生产、安装。该材料以聚四氟乙烯为基材,凭借耐高温高压、耐腐蚀性;良好的压缩性和回弹性;较低的蠕变和应力松弛率;良好的绝缘性和密封性。

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由于片状粉末压制工艺在批量化过程中容易造成加粉不均匀,从而导致单个垫片性能差异强大、内部开裂等现象难以观察,大批量生产困难且产能效率低。

氟达氢能采用管状旋切工艺,极大程度减少了人工对产品的干涉,实现了高效、低成本生产。在压机上,氟达氢能采用进口10000吨意大利SACMI压机。

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氟达氢能非金属极框摄于氟达氢能展台

至今,氟达氢能产品已得到全球ALK、PEM、炼油、石化、航天以及军工等行业高温高压耐腐蚀领域的广泛应用。

4. 坤亚电子/得厚特塑

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东莞市坤亚电子有限公司/广东德厚特种塑料制品有限公司位于广东省东莞市,公司专注于PEEK、PFA、PI、PPS、PEI、PES、PPSU、PAI、PBI、ABS 等特种塑料和工程塑料及普通塑料的产品开模注塑及生产,单色,双色模的模具制造开发和生产。

该公司具有强大的自主研发及生产能力,为配合广大客户提供优质高精密产品,坤亚引进了进口慢走丝,镜面火花机及高速注塑机等加工设备,建造了10W级无尘注塑车间来保证产品的品质要求。

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PPSU氢能极框

坤亚配备了进口高速注塑机,对高性能工程塑料(PEEK、PFA、PPSU、PEI、PPS、PAI)等有丰富的设计及生产经验,可为客户提供专业试模、小批量试产、量产服务。

同时,公司引进先进生产设备,构建先进生产线,配备了硬度检测器、二次元投影仪、高度计等高精度检测设备,层层严格把控品质。确保产品稳定性好,精密度高,生产效率快。

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PPSU氢能极框摄于得厚特塑展台

5. 上海道恩

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上海道恩成立于2006年,是塑料产品完整方案的解决者,提供专业先进模具,产品涵盖水处理设备、汽车零部件、家电配件、电子产品外壳等领域。

结合非金属极框的优点,上海道恩现已与客户开发了不同材质(PPS,PSU,PPSU,PEI),不同规格尺寸(100mm~1000mm),平面度均匀性优良的非金属极框产品可满足客户不同种类的电解槽(PEM,AEM,ALK)使用。

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上海道恩塑料极框,摄于上海道恩展台

6. 聚泰新材料

 

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官网:http://www.jutaipolymer.com/

苏州聚泰新材料有限公司是一家研发、制造、销售特种工程塑料产品的高技术公司。引进了世界先进水平的加工装备,配备了完整的试验、检验仪器,以合格的工艺为电子、机械设备、石油、核电、军工、航空航天、高铁汽车、医疗食品装备等行业提供优质的产品和专业服务。

由聚泰设计并制造的一款概念产品——PEI (聚醚酰亚胺) 极框JTYPEI®NA具备多种优异性能,例如抗压强度、耐蠕变性能和抗疲劳性能、耐腐蚀性、电绝缘性、高模量、高耐热性和阻燃性等其中出众的机械性能和化学稳定性让PEI成为极框的首选材料。

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PEI极框能够在制氢过程中实现减重60%,降本50%。聚泰具备PEI 1mm薄板及极框生产能力,单件厚度可以控制在0.02~0.05mm范围内。聚泰致力于为客户提供全面、专业的特种工程塑料整体解决方案。

7. 大连路阳科技

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大连路阳科技开发有限公司成立于2006年6月,是国家级高新技术企业。公司是从事PEEK、PI等特种工程塑料改性材料及制品的专业厂家,是中国PEEK等特种工程改性塑料及改性材料制品、增材制造的研发与生产基地。

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路阳科技通过采用注塑成型工艺,成功开发特种工程塑料极框制备技术。其具有易加工、耐电化学腐蚀、重量轻、热稳定性好、绝缘性能优良、抗蠕变等优点。

8、氢舟能源

公司简介-浙江氢舟能源科技有限公司

官网:http://zjqzny.com/

浙江氢舟能源科技有限公司是一家致力于研发、生产、销售碱性水电解制氢设备的专业化高科技企业。公司立足于研发碱性电解槽新型材料技术,向客户提供使用使用寿命更长、耐腐蚀性、高效率、 性价比更高的制氢产品设备及系统化解决方案。

浙江氢舟自主研发的高分子复合非金属极框,通过材料科学与结构设计的颠覆性创新,攻克传统金属极框的固有缺陷,为碱性电解槽提供更轻量化、长寿命、低成本的解决方案。

9、恩欣龙

官网:http://www.enzinron.com/
深圳市恩欣龙特种材料股份有限公司成立于2007年,是一家集研发、生产加工、注塑和销售特种工程塑料为一体的国家高新技术企业。
经过多年的发展,公司已有自动化生产线300余条,产品系列包括:PEEKPPS、PPSU、PSU、PEI、PTFE、PA、MC尼龙、PVDF、UHMW-PE、PCPOM、PETP、PBT、PBT、HDPE、PP、ABS等板材、棒材、管材和异型材,同时拥有加工中心,CNC、铣床、雕铣机、注塑机、滚齿机 等几十台高精密的数控加工设备,可向客户提供各种类型产品的深加工服务。

电解槽极框

恩欣龙电解槽极框

 

来源:瑞璐塑业、艾邦氢科技网综合整理

艾邦建有制氢产业交流群,聚焦氢气生产、碱水/PEM电解槽(隔膜、极板、催化剂、极框、密封垫片等)、PPS、质子交换膜、钛金属、镍网等产业链上下游,设备,材料,配件等配套资源,欢迎大家加入。

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活动推荐:邀请函:第四届电解水制氢产业论坛(5月22日·苏州)
一、 议题方向

序号

议题方向

演讲企业

1

待定

瑞麟科技

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中国电解水制氢技术出海机遇与挑战

已获得海外认证并出口设备的头部企业

如有演讲意向联系:周小姐18320865613(同微信);展台、资料入袋等其他赞助及参会咨询可联系:艾盈盈18617020032(同微信)
二、报名方式

报名方式一:请加微信并发名片报名

艾盈盈:18617020032(同微信)

邮箱:ab019@aibang.com

报名方式二:扫码报名

报名链接:https://www.aibang360.com/m/100286?ref=172672

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根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2020)》预测,2030年中国氢气需求量达3715万吨,2050年达9690万吨。有分析认为,电解水制氢将逐步作为中国氢能供应的主体,在氢能供给结构的占比将在2040、2050年分别达到45%、70%。 因此,在“双碳”背景下,电解水制氢项目成为了市场关注的热点话题。为促进行业信息流通,艾邦建有制氢产业交流群,聚焦氢气生产、碱水/PEM电解槽(隔膜、极板、催化剂、极框、密封垫片等)、PPS、质子交换膜、钛金属、镍网等产业链上下游,设备,材料,配件等配套资源,欢迎大家加入

作者 808, ab