[2019陈恩泽:戈尔的“薄膜法”帮助全球燃料电池汽车走 发布时间:2020-03-17
经国务院批准,世界新能源汽车大会将于2019年7月1日至3日在海南博鳌隆重举行。会议重点关注全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善。通过汇集世界各地专家和行业精英的智慧,会议将讨论新能源汽车在技术创新、产业创新、政策创新、市场模式创新等领域的成功经验和发展趋势。凝聚行业共识,明确汽车产业转型升级方向,探索电气化、智能化、共享化协调发展的有效路径。在“氢能与燃料电池技术创新”专题峰会上,戈尔深圳有限公司亚太区市场战略总监陈恩泽发表了演讲,内容如下:
尊敬的来宾,女士们,先生们,早上好。
在昨天的会议上,戈尔非常荣幸地获得了创新与技术奖。戈尔是8个获奖名单中唯一的材料级供应商。我们感到荣幸,并感谢大会的肯定。首先,我要感谢戈尔的同事和合作伙伴在过去几十年里的不懈努力和持续改进。他们不断开发、验证和重复我们的产品和技术,最终帮助全球燃料电池产业化。
首先,让我们简单介绍一下戈尔公司。戈尔公司是由戈尔和他的妻子于1958年在美国创立的。61年来,我们是一家全球性公司,在全国各地拥有10,000名同事,年销售额37亿美元。这是我们的私营企业,使我们能够专注于中长期发展,而不考虑股东和资本回报。让我们关注技术本身。由于其独特的企业文化,数十年来它赢得了世界“100个工作场所”的称号。基于其独特的基因,整个公司的所有同事和合作伙伴都把技术和产品放在首位,不是最大的,而是最好的。同时,我们坚持适用性原则,使产品和技术能够最大限度地满足客户独特的应用场景和应用需求。我们都说最好的不一定是最合适的,最合适的也不一定是最好的。戈尔的目标是让最好的技术同时成为最适合你的技术。虽然我们是一家中小型跨国公司,但我们是世界领先的技术创新企业。
今天的故事从两个基本要素开始。1919年是国际元素周期表年。在元素周期表的表1和表9中,氢是会议的主题和燃料电池的能源。氟是燃料电池中非常独特但关键的元素。戈尔的专长是含氟聚合物。我们可以用特殊材料生产不同的形式,包括卷材、薄膜、片材、管道、电线。同时,我们有不同的复合和改性方法以及各种复合、填充和涂覆技术,因此我们产品的性能和结构可以满足各种应用场景,包括工业产品,包括汽车工业和非常著名的户外产品面料,以及可植入人体的医疗器械,如人造血管、心脏和主动脉支架。戈尔产品不仅可以进入人体心脏,还可以作为燃料电池心脏。今天我们谈论了很多燃料电池的话题。众所周知,质子交换膜燃料电池技术是燃料电池技术的主流。与其他燃料电池技术相比,质子交换膜技术可以具有更小的尺寸、更轻的重量、更高的功率密度、在低温下快速响应和多次启动,非常适用于车辆。由于名称是质子交换膜燃料电池技术,质子交换膜在燃料电池堆的性能和耐久性中起着关键作用。让我们来看看车用燃料电池对质子交换膜的要求。毫无疑问,为了使燃料电池技术这一新兴战略技术惠及成千上万的家庭并在实践中得到应用,其必要的性能和耐用性以及综合拥有成本可以与传统燃料汽车或其他新能源汽车相媲美。因此,我们的研发方向和产品迭代方向总是朝着更耐用和更低综合成本的方向发展。我们这里的综合成本是每千瓦电堆的胶片成本。我们使用的技术,或者戈尔薄膜的位置,是用EPTFE加固的超薄质子交换膜。亮点正是这个名字的两个关键词,强化和超薄。我们采用膨体聚四氟乙烯结构,并采用超薄设计。通常质子交换膜的厚度超过10微米,领先的产品规格可以达到10微米以下。它具有优异的质子和水蒸气传输功能,这对于增强功率非常有帮助。它具有独特的增强技术和化学添加剂技术,更好的机械和化学耐久性,并有利于电堆设计的灵活性。这里应该强调的是,并非所有的质子交换膜都适用于燃料电池车辆,只有超薄增强膜才能真正满足车辆的要求。
超薄薄膜能有效提高能量密度,这是一种典型的极化曲线。在相对干燥的环境中,超薄薄膜的性能优于厚膜,特别是在低湿度环境和高功率负载条件下,超薄薄膜的优势明显。此外,值得一提的是,超薄薄膜可以有效降低系统的复杂性,降低系统的整体成本。我们引用丰田的例子。由于采用了超薄增强薄膜技术,丰田电动堆栈能够产生更高的功率密度,从而有效地减小了整个堆栈的尺寸。在相同的功率条件下,可以用较少的单芯片实现较大的功率输出,从而减小体积和重量。同时,由于超薄薄膜带来的更好的水蒸气扩散和适应效果,加湿器被取消。基于此,体积减少了15L,重量减少了13千克。由于超薄薄膜的特性,有利于阴极和阳极的活化,减少气体扩散层的负担,有效提高电化学性能。采用超薄薄膜,比老一代高1.4倍。丰田燃料电池堆系统也在这次大会上获得了创新技术奖。你可以在装配技术手册中详细阅读。
现在问题出现了。采用超薄质子交换膜,提高了性能,降低了整体成本。耐用性怎么样?常识认为薄膜容易损坏,耐用性差。事实上,情况未必如此。对于EPTFE技术,我们打破了性能和耐用性之间的平衡。旧产品必须在性能和耐用性之间进行权衡。对于性能良好的旧产品,耐用性往往较差。要实现高耐用性,性能相对较差。因此,我们不断迭代和增强技术。我们可以看到右边的电子显微镜照片,这是一些非常独特的膨体聚四氟乙烯微结构。通过独特的结构,我们可以打破平衡,使我们的电影既有高性能,又提高耐用性。此外,独特的技术是化学添加剂技术。我们都知道在电化学反应过程中可能会产生许多自由电极,攻击膜和膜电极,导致膜电极的劣化。我们采用独特的添加技术和生产涂层技术来破坏自由电极。
戈尔的质子交换膜被汽车制造商广泛使用,并已通过实车验证。SAIC·FCV系列、丰田和本田都采用戈尔超薄强化膜。我们已经提供了目前正在大规模生产和开发的绝大多数燃料电池,每年的出货量迅速增加到几十万平方米。只有通过实车验证,才能可靠应用。我们的产品不仅证明了我们在实验室阶段的性能和表现,还通过大规模生产模型的长期实车验证,证明了我们的胶片可以安装在实车上并运行良好。作为超薄强化膜的发起人或行业领导者,我们也在开发新一代质子交换膜技术。我们采用了最新的膨体聚四氟乙烯技术,可以有效地提高性能,控制成本,优化生产工艺,更适合大规模生产。同时,我们独特的结构更有利于膜催化剂的组合和高质量膜电极的生产。因为它现在是超薄的7.5微米薄膜,在阻抗方面达到普通的2.5微米薄膜的水平,所以阻抗非常小,这可以有效地提高功率密度,而7.5微米薄膜的机械耐久性相当于传统的15微米薄膜,这是非常显著的成就。
回到市场,众所周知,经过多年的不温不火的发展,甚至有问题的发展,一些全球燃料电池汽车最近进入快车道。包括中国政府在内的各国政府都出台了各种支持工业发展的政策。与此同时,日本、韩国、欧洲和美国的主要汽车公司,包括许多中国汽车公司,也有很多离开计划。据预测,到2025年,全球对质子交换膜的需求将达到400万平方米。中国市场将占180万平方米,燃料电池汽车产业化对关键零部件的要求也发生了变化。我们说过,在过去的示范区运行阶段,我们对组件的要求是性能和耐用性。当车辆可以行驶时,如果长时间行驶也没问题。然而,在大规模生产和商业化阶段,除了性能和耐用性,它还将经济运行。综合成本、质量可靠性和技术服务将成为产品性能之外的要求。我们认为,除了产品性能外,大规模生产能力和成本目标将是影响产品外燃料电池汽车产业化的关键因素。
由于时间限制,我不会详细说明如何实现质量控制和大规模生产能力。这里简要提及两个亮点。今年,世界上第一条100万平方米的大型质子交换膜生产线在日本冈山投产。它是严格按照汽车制造商设定的要求实施的新一代生产技术和成熟的供应链系统。最后,戈尔的理念通过技术实现最低的综合成本也是最关键的。一方面,它通过超薄增强膜增加功率密度以获得最佳性能,另一方面,它通过增强结构和耐用性的附加技术获得最佳性能。为了使我们的运行时间更长,同时,凭借我们更好的扩散性能,我们可以降低系统的复杂性,并通过超薄薄膜设计减少原材料的使用,以便下面的公式可以达到最佳的每千瓦时综合成本。采用膨体聚四氟乙烯超薄增强质子膜,无论从技术角度还是综合成本上都可以满足全球燃料电池产业化的需求。戈尔致力于增加对战略市场的投资和关注。我认为燃料电池市场的焦点将在亚洲。戈尔的全球商业总部研发中心和生产总部都位于日本。我们将加强对亚太市场和中国市场的投资,并希望与所有同仁携手共创美好生活。
谢谢你
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