氢燃料电池进入快车道 厚膜印刷技术助力发展

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当燃料电池源源不断地从外界获得燃料和氧化剂时，它就能源源不断地发电。燃料电池技术已经应用于多个领域，包括交通运输、电力生产、工业生产和移动设备等。其中，最为广泛的应用领域是交通运输领域，燃料电池汽车由于具有零污染、低噪音、高效率等优点，目前市场销量占比逐年攀升。

在所有的燃料电池类型中，氢燃料电池的发展尤为迅速。由于中国具有良好的制氢基础，是世界上最大的制氢国，氢能制备、储运、加氢和系统集成等相关产业链具备良好的工业基础。在国内政策的大力支持下，我国氢燃料电池发展优势显著，尤其是在商用车领域，氢燃料电池将有更大发展空间。

目前，受制于技术与基础设施等因素的制约，氢燃料电池汽车还处于发展的初级阶段，产品保有量低。2022年销量只有3000多辆，与新能源汽车相距甚远。未来，随着氢气的制造、运输和存储等技术的不断进步，以及加氢站等基础设施的建设和普及，氢燃料电池汽车会成为车企不可忽视的重要技术路线。

氢燃料电池(图片来源于网络)

在氢燃料电池的生产工艺中，SOFC电池片电极、金属双极板与膜电极密封材料涂抹、质子交换膜催化剂涂覆、膜电极边框密封涂覆等多个制备工艺中，由于厚膜印刷设备和工艺已达到很高的水平和精细度，成本投入较低且易批量生产，已成为生产燃料电池组件的有效解决方案，并已广泛用于批量燃料电池生产工艺中。

但在印刷制备过程中，也容易产生很多问题，如印刷膜厚一致性、印刷设备精度与稳定性等，需要专业高效的精密厚膜印刷设备和技术作为支撑来完成批量化生产。

一、氢燃料电池批量生产要求与挑战

氢燃料电池想要得到广泛普及与应用，一方面需要加快氢能相关基础设施建设，最重要的是应尽量降低氢燃料电池的单位成本，大幅度提高产能，最终达到消费商品的水平，才能满足可预期替代性的市场化需求。在生产中需要高速、准确、重复性好、成本效益高的自动化设备与工艺来支撑高产量的生产流程，从而快速生产出单位成本低且合格的氢燃料电池。

目前，用于氢燃料电池的功能层的物理和化学特性对于实现氢燃料电池性能是至关重要。其性质的改变，如改变膜厚度或者膜中存在孔洞、针孔等缺陷，均可能削弱电池性能及缩短其使用寿命，甚至还可能导致严重事故。

因此，这些物质必须在受控的情况下以不变的量涂敷在具有较高弹性或渗透性的基板或者陶瓷生坯上。另外在氢燃料电池堆的制备过程中，金属双极板或者金属连接体上均需要涂覆密封材料，从而达到电堆内部密封的作用。     

因此，氢燃料电池面临的主要挑战，在于确保足够的产能和产量，以使单位成本最小化。这就要求具备高速涂敷不同粘度浆料的技术。这些技术最好能在短时间内同时进行多品种的生产。

此外，制造商必须能够迅速调换不同的涂敷物组合和基板，以批量制造一套氢燃料电池所需的部件，并使若干燃料电池技术能在同一套设备上得以应用。

二、厚膜印刷技术在氢燃料电池生产中的优势

（一）适用于氢燃料电池多组件精细化生产要求

厚膜印刷工艺中最为关键的要素之一是丝网或网板本身。其性能确定了印刷材料的大小、厚度和形状。对金属网板来说，孔的特性是至关重要的。当对少量材料进行近距离涂敷时，如对固体氧化物燃料电池膜电极进行精确涂敷时，金属网板是最佳选择。

 厚膜印刷技术可以对厚度为50微米或更小，总厚度变化在±2微米以内的高分子材料进行涂敷。这适用于生产厚度在50-175微米之间的氢燃料电池的离聚物膜，5-50微米厚的铂/碳/离子催化层，以及生产厚度5-30微米之间的氢燃料电池电解质膜、电极膜及阻挡层，从而达到高速且精细生产。

（二）节省材料成本，可快速改装成全自动产线

在氢燃料电池印刷生产中，厚膜印刷除了可大幅度提高生产速度之外，最主要的优势之一，是与喷镀或蒸镀等方法相比浪费的物料非常少。氢燃料电池部件中的贵金属、稀土等材料，尤其是铂催化剂、钙钛矿等材料，价格昂贵；因而一旦生产进入商业化阶段，浪费将对单位成本产生重大影响。

厚膜印刷技术为氢燃料电池组件的生产提供了高产能、高度自动化、嵌入式的解决方案，其优势极具吸引力。除此之外还具备多种经济优势。单台厚膜印刷设备可匹配生产多尺寸部件，可改装成全自动化印刷生产线。只需更换印刷浆料，调换适合的网版，配合上下料系统，可在短期内实现整条全自动生产线的改装调试。

• 适用于250X250mm~300X400mm印刷面积

• 高精度全自动对位系统

• 印刷制备精度±5µm

• 膜厚偏差±4um

• 全数控操作

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来源：建宇网印

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原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：氢燃料电池进入快车道 厚膜印刷技术助力发展