还在紧盯纯电车？氢燃料电池车已开卷未来，这些电池零件表面精密加工技术成关键推手

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2024-12-16 / 行业新闻

还在紧盯纯电车？氢燃料电池车已开卷未来，这些电池零件表面精密加工技术成关键推手

纯电动车加速发展，

燃油车就慌了？

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纯电动车虽以绿色形象先行，但它或许仅是通往“终极环保车”——氢燃料电池车的一个过渡阶段。毕竟，后者集零排放、高效能、长续航和高安全性于一身，才是未来出行的理想选择！

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未来能源领域的重要发展方向！

氢燃料电池汽车，它凭什么？

纯电动车与燃油车，一个被广泛看好，一个则处于转型之中。尽管在未来的很长一段时间内，二者仍需发挥各自优势并行发展，但氢燃料电池汽车正逐渐崭露头角，慢慢赢得焦点所在。

氢燃料电池汽车是一种使用氢气作为燃料，并通过氢燃料电池产生电能来驱动车辆行驶的新型环保交通工具。作为新能源汽车领域的重要技术路径之一，它集多种优点于一身。如，在运行过程中，仅排放水蒸气和热量，实现了真正的零污染排放，是名副其实的清洁能源汽车，也是未来出行的理想选择之一。

氢能作为实现“双碳”目标的关键路径，以其清洁、高效和多功能的特性，已成为全球众多国家推动能源转型与可持续发展的战略选择。各国高度重视氢能与燃料电池技术的发展，其中氢燃料电池汽车作为这一领域的重要应用，受到了广泛关注。目前，该产业正处于快速发展阶段，政府和企业都在加大投入，促进氢燃料电池汽车的研发与推广。

2013年，现代汽车集团率先在全球量产了独立研发的氢燃料电池车ix35 FCEV，成为全球首家实现氢燃料电池汽车量产的制造商。2014年，丰田Mirai正式上市，使用高压氢气作为动力源，不仅实现零排放，还具备低噪音、高效率和低重心等优势，已在多个国家和地区投入商用。尽管2022年因内部程序问题召回部分车辆，但这并不影响其作为未来出行新选择的潜力。

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2021年，宝马iX5 Hydrogen在慕尼黑车展首次亮相，其搭载氢燃料电池驱动系统，配备一对700Bar储氢罐，可储存6千克氢气，3-4分钟完成加氢，最大功率可达125千瓦。本田Clarity和现代Nexo同样表现优异。此外，还有多家汽车制造商在氢燃料电池汽车领域展开合作，共同推进零排放汽车技术的进步。

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与此同时，氢能作为新质生产力，首次被写入2024年政府工作报告，也标志着我国能源领域战略性新兴产业的加速发展。

近年来，国内氢燃料电池汽车市场快速增长，据中国汽车工业协会数据显示：2023年中国销量同比增72%至5805辆，超越韩国成为全球最大市场。预计2024年市场规模约100亿元，以商用车为主导。展望2030年，该产业有望实现全面商业化。也有业内人士表示“未来10-20年将是我国氢能与燃料电池产业发展的重要机遇期。”

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这些先进技术如何满足

燃料电池关键零件的复杂要求？

氢燃料电池汽车集成了多个领域的先进技术，作为氢能利用的关键环节，氢燃料电池技术贯穿从零部件生产到系统研发，再到乘用车和商用车的应用。尽管面临技术挑战，该领域已取得显著进展。氢燃料电池关键零部件背后的创新技术将助力中国新能源汽车行业加速发展，并推动整个产业链的升级。

相比常见的锂电池，氢燃料电池系统更为复杂，由电堆、膜电极、双极板、质子交换膜、催化剂和空气压缩机等组成，具有较高的技术门槛。未来，氢燃料电池有望在某些应用场景中取代锂电池，成为更优的选择。

电堆是燃料电池系统的核心组件，被誉为氢燃料电池汽车产业的“心脏”，其成本占整个系统的60%以上，是能量输出的关键。电堆由双极板、催化剂和气体扩散层等构成，是推动氢燃料电池技术进步的主要因素。

近年来，氢燃料电池技术的研究重点集中在电堆、双极板和控制技术等领域。其中，双极板一直是制约氢燃料电池产业化和商业化发展的关键瓶颈。随着政策利好推动氢能产业的发展，双极板市场规模有望进一步扩大。

本文将重点探讨双极板制造中所涉及的表面精密加工技术，解析这些先进技术是如何满足氢燃料电池双极板的复杂要求。

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双极板——电堆的重要组件，其质量占整个燃料电池的60-80%，成本占电堆的20-30%，国产替代已取得一定进展。具备优良的导电性、导热性、气体阻隔性、耐腐蚀性、高机械强度及轻量化等特点。在工作过程中，不仅支撑和收集电流，还为电池冷却液提供通道，并有效分隔氧化剂与还原剂。其材料主要分为石墨及金属两大类。

石墨双极板是最早出现且最常用的双极板材料，具有良好的导电性和散热性，制造工艺成熟，并已实现国产化。然而，由于其脆性大、机械性能差、加工效率低和制造成本高等局限性，难以实现商业化大批量生产。

相比之下，金属双极板在多个方面展现出显著优势：易于机械加工、高导电性、单位功率密度更高，在性能和成本上均优于石墨双极板。因此，金属双极板被认为是燃料电池商业化的首选，一直是该技术领域关注的热点。

金属双极板的制造依赖于先进的加工技术，特别是高速冲压工艺，以达到一定的尺寸和形状，这一过程对成形模具提出了极高的要求。成形模具的加工以及激光焊接是生产中的两个关键技术环节，通常采用精密机床和激光技术来实现。与传统焊接方法相比，激光焊接不仅在精度、效率上更胜一筹，其稳定性也更高，因此能够更好地满足双极板对于密封性和结构强度方面的严格标准。

但如果焊接前的工件表面处理不当，极有可能产生毛刺，为提升双极板导电性并去除毛刺，通常采用化学抛光与机械抛光相结合的方法。而对于顽固污垢或氧化物，超声波清洗技术因其能够深入金属双极板表面的微小缝隙和孔隙中高效清除杂质而被广泛应用。

目前，最大的技术挑战在于表面处理环节。双极板需在燃料电池的酸性、湿热环境下具备耐腐蚀性、高导电性和低接触电阻等特性。常用PVD进行涂层处理或采用表面改性技术（如阳极氧化、微弧氧化等）来确保其在恶劣条件下的优异性能。

不过，结合了石墨和金属材料优势的复合材料双极板，在耐蚀性涂层处理方面表现尤为突出，且密度低、重量轻，展现出更优异的整体性能。随着技术的进步，这类复合材料双极板预计将在未来迎来更广阔的应用市场。

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燃料电池的未来：

迎接大规模应用的挑战与机遇！

尽管当前氢燃料电池车数量有限，但随着燃料电池技术的改进和创新，大规模应用的时代预计很快到来。而在追求电堆大功率和长寿命的过程中，电池所涉及各零部件的国产化进程也将逐步加速，继而推动制、储、运、加、用全链条进一步完善。

重点一提，燃料电池的应用不仅限于汽车行业，还将在航空、航海等领域得到更广泛的普及。例如，波音公司早在2008年成功试飞一架氢燃料电池小型飞机，这预示着航空工业未来将更加环保。虽然氢燃料电池的大规模应用尚未到来，但未来必将占据一席之地。其背后所涉及的零部件表面精密加工技术的突破是驱动产业前行的关键，也必将迎来新的发展机遇。

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