2022年氢燃料电池产业高峰论坛
2022年氢燃料电池产业高峰论坛

上海毫邦高分子材料有限公司:氢燃料电池气场密封胶创新产品能有效降低生产成本

 

    当前,在能源短缺与环境污染的双重压力下,世界各国对绿色高效能源技术的发展越来越重视。

    氢燃料电池因为清洁无污染和高能量转换效率的优点受到广泛关注。电堆作为燃料电池核心部件,是对外功率输出的核心,其成本约占燃料电池系统总成本的42%~62%,所以电堆的开发对燃料电池推广应用至关重要。随着燃料电池的研究与发展,对电堆的密封技术、工艺实现、生产效率以及降本等各方面提出越来越高的要求。

上海毫邦高分子材料是致力于通过自主研发产品,在满足客户对产品的性能和生产效率的前提下,一直默默走在产品不断创新的路上,努力提供适合行业需求的性价比高的产品,为行业发展添砖加瓦。

吴春莲介绍,目前燃料电池电堆气场的密封材料有有机硅橡胶、聚烯烃、EPDM等,工艺有点胶和注塑等,公司重点开发了新型密封材料UV聚烯烃,和有机硅与热固化型聚烯烃相比,UV聚烯烃在阻气性、压缩永久变形比、耐化学性、有机硅析出等方面比较优异,工艺上在固化方式、涂胶工艺、涂胶精度控制和效率等方面上也比较高。

氢能源应用还处在初级阶段,要解决的问题比较多,很多材料也有亮点也有明显的缺点。去年的时候,公司在考虑,是否能够开发出一种产品,既能满足工艺性的要求,又能满足性能以及寿命的要求,能够满足当前加工效率,达到性价比更高。

UV聚烯烃就是在这样的背景下开发的。UV聚烯烃和其他材料相比,无需底涂,可以牢牢地黏住极板,点胶的精度比有机硅更高,UV固化时间仅需15秒左右,取决于工艺的选择,按照点胶一张板的时间大概70秒左右,一台小型UV固化设备,单板传送移动带固化传送方式,可以满足最低4台点胶机的产能,能实现点胶和固化的自动化生产。

UV固化和热固化的工艺比较,以一台UV固化机举例,UV聚烯烃可以省去底涂的工艺,节省了4台固化机和4名工人,降低了相应的原材料,节省了成本。

综合来说,公司研发的UV聚烯烃可以省去底涂的工艺,降低原材料,能耗和场地,以及人工等,大大降低生产成本。

 
 

上海毫邦高分子材料有限公司

上海毫邦高分子材料有限公司,其主要经营胶粘剂,燃料电池用防冻液,去离子树脂等产品。

该公司致力于为客户提供好的产品和技术支持、健全的售后服务。

胶粘剂是保障燃料电池安全和保持其结构稳定的重要"防线"。随着燃料电池市场规模的逐步扩大及对国产材料的扶持,此前主要依赖进口的胶粘剂正在加速实现国产化替代。在这一波国产化浪潮中,上海毫邦高分子材料有限公司(下称"上海毫邦")是其中典型代表。  


目前上海毫邦胶水年产能达300吨,已经和主流燃料电池产业链企业产生广泛合作。  

公司用于燃料电池领域的产品品类多样化:用于双极板水场粘接的产品有环氧和有机硅,气场粘接的产品有UV聚烯烃、有机硅、三元乙丙橡胶;用于膨胀石墨板的产品有浸渍液;用于MEA边框注塑的有机硅;用于GDL和CCM的有UV压敏胶;用于巡检排线的有导电胶。其中部分产品属于国内首创,技术应用处于领先位置。  

迎难而上  

燃料电池的电力是通过氢气和氧气的化学反应而得,其中作为燃料的氢气,是一种无色无味、易燃易爆的小分子气体,即使一个很小的缝隙也非常容易导致泄露,并且能在很广的混合范围内因小火花而引发燃烧。在燃料电池的应用中,胶粘剂必须能够为电池提供良好的气体密封,如果出现丝毫泄露都会影响电池的性能,并可能由此带来安全隐患。  

此外,由于燃料电池内部偏湿热和酸性的工作环境,胶粘剂除了要具备防止水蒸气泄露的低透湿性、低透气性以外,还要能够在运行环境中具有耐酸、耐湿和耐热性。如果考虑到燃料电池在汽车及便携式设备等产品经常处于移动或振动环境中应用,燃料电池胶粘剂还需要有足够的弹性来吸收剧烈的振动或冲击。  

整体来看,相较于传统行业用胶粘剂,燃料电池胶粘剂有一定技术门槛,加之行业发展初期市场容量偏小,导致前期国内企业缺乏研发动力。而以上海毫邦为代表的国内胶粘剂企业能够迎难而上,源于其创业团队在燃料电池用胶领域的深厚积累。  

上海毫邦总经理吴春莲透露:"毫邦是一家研发型公司,创始人及技术带头人郝建强博士有25年胶粘剂的研发和生产经验。他自1996年开始在三键日本做第一代燃料电池气场密封胶聚烯烃体系的TB1152、TB1153研发。我对于燃料电池密封胶的产品性能及市场也非常了解,自2005年开始涉足推广TB1152、TB1153,到现在也有16年。基于我们的技术和应用的优势,2019年毫邦顺势成立,开始从事氢燃料电池领域的产品研发和推广。"  

产品领先  

经过不断摸索,上海毫邦自主开发的密封胶材料有着明显优异的性能,产品体系包括有机硅、UV胶、环氧胶、丙烯酸脂等。  

 

以其已经上市的UV聚烯烃(CIPG)为例,保留了热固型聚烯烃的优点,阻气性、耐酸性、耐乙二醇性能好;改善了热固聚烯烃压缩永久变形比的缺点,可以达到压缩永久变形比2%-7%;工艺上做到保型性及接头融合无痕迹;固化效率非常高,固化时间是10秒;可以和极板很好地粘接,无需底涂、光固的方式,减少极板由于热固的原因产生二次翘曲、变形和开裂。该UV聚烯烃属于国内首创,技术应用处于领先位置。  

上海毫邦的其他材料也各有优点,比如用于柔性石墨板的浸渍液,这款材料自2019年开始研发的,目前已经投入量产,已经被一部分客户采用,产品各项性能指标均达到要求;针对用于双极板水场粘接用环氧,上海毫邦针对燃料电池行业的环氧,在现有的产品的基础上提高了产品的韧性,改进了产品的本固分离的现象,同时长期耐化学性会更优;针对粘结金属板和硅胶垫片时强度不够的情况,提供不同极板的粘结材料。  

此外,公司还可以提供系统用防冻液、离子树脂、电堆外部的密封和粘接、增湿器的密封和粘接等材料。其中防冻液可以做到电导率长期保持非常低的水平,该产品通过了一系列的试验测试;用于离子器的混床树脂的吸附能力非常高,耐温性能也很好。  

"毫邦的燃料电池用胶优势是凭借丰富的经验,可以給客户提供一整套的方案,当客户需求变化时,我们可以快速调整产品配方来匹配客户的需求。"吴春莲表示。  

随着今年首批示范城市群名单的确定,预计明年燃料电池发展将迎来小爆发,已经在燃料电池行业占据口碑优势的上海毫邦迎来了新的发展机遇。目前公司胶水的生产规模是年产量300吨,其实可以很好地满足下游用户的增量需求。  

但精益求精的吴春莲说:"我们还会继续招募人才,重点增加研发和生产方面的员工。同时会增添硬件设施,比如一部分生产设备及检测设备等,为迎接市场扩张做好充分准备。"

 

上海毫邦高分子材料有限公司于2019年成立,并开始氢燃料电池产业中的材料研发,目前产品主要涉及到:氢燃料电池电堆的密封和粘结、燃料电池系统的防冻液和去离子器以及零部件的密封与粘结等。

本次研讨会上,吴春莲从密封材料,密封工艺和目前的技术短板三个方向来向大家介绍上海毫邦高分子燃料电池密封胶技术的相关进展。

目前,燃料电池市场上主流密封胶以有机硅、聚烯烃以及EPDM为主,而在工艺方向分为贴硅胶垫片、点胶以及注塑三个方向。

有机硅和聚烯烃是现在市面上最常用的密封胶,但都存在一定缺点,制约着燃料电池的发展。

目前,市场上有机硅的存在问题如下——

有寿命问题,耐酸性、耐化学性较弱;

压缩永久变形比相比较大,长期性弱;

有机硅有析出的潜在问题;

阻气性较差。

吴春莲表示,在单组份有机硅方面,需要加热固化效率低,而双组分有机硅合格率有待进步。双组分有机硅由于压力大,温度高对双极板的工艺要求更高,而且在点胶和注塑时需要底涂剂来辅助黏结。

目前,聚烯烃按照固化方式分为加热固化型和UV固化型。化热固化的聚烯烃体系了解相对较多,压缩永久变形比相比较大,因其无法降粘导致了其工艺无法注塑只能使用点胶工艺。

同时,聚烯烃固化温度高,极板可能无法承受高温而翘曲或开裂,对极板的质量有一定要求导致生产效率低。加热型聚烯烃对铂金催化十分敏感,并且有着固化不完全的风险。

但是,聚烯烃仍有许多优点,例如阻气性较好、耐化学性好,且没有析出的现象。

据吴春莲介绍,现阶段关于密封胶普遍主要考虑以下两个因素——

产品点胶性是否满足精度要求;

产品在行业内是否有成功的案例、对铂金是否有毒性、是否有小分子析出、压缩永久变形比等参数。

随着行业发展,上海毫邦尝试研发一种材料,在性能,合格率,经济效益方面都足够优秀的产品,于是聚烯烃UV就此面世。

UV聚烯烃具有阻气性好、耐化学性好、无小分子析出、寿命长的优点,同时压缩永久变形变化小且不会出现不完全固化的现象,且无需加热,加强极板强度,降低开裂几率。

按照国家压变的测试条件下,聚烯烃的压变率保持在10%以内。

数据表明,UV聚烯烃精度适合高于有机硅,只需15s完成固化,效率高,UV固化小型设备可以维持四台点胶机的产能,可以节约人工成本,提高成型效率。

吴春莲表示,江苏毫邦的UV聚烯烃工艺只适合点胶的工艺,目前正在研究聚烯烃注塑的工艺,这也需要解决模具材料的设计与选择、精度与脱模等种种难题,这也都需要在原材料设计与工艺方面等进行配合完成。

此外,UV聚烯烃工艺在没有改变的情况下,有表面氧阻聚的影响。目前上海毫邦也解决了相应的难题,通过工艺的改变,改善氧阻聚的问题并且可以实现工业化自动生产。

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作者 ab, ab