燃料電池模組集成發(fā)展及挑戰(zhàn)

1、引言l 讓全球平均氣溫升高不超過2.0攝氏度，并且朝著不超過1.5攝氏度的目標(biāo)努力。 限制人類活動所排放的溫室氣體，在2050年到2100年之間實現(xiàn)人類活動排放 與自然吸收（樹木、土壤、海洋）之間的平衡。l 每五年檢視各國對降低溫室氣體排放的貢獻，使任務(wù)更具有挑戰(zhàn)性。l 較富裕國將提供較貧窮國氣候資金來因應(yīng)氣候變化，與轉(zhuǎn)換成使用可再生能源的過程圖表1：全球主要各國在2025年之碳排放量須低于100 g CO2/km來源：ICTT 2014，國金證券研究所圖表2：僅插電式符合動力和純電動車可以滿足減碳目標(biāo)來源：ICTT 2014，國金證券研究所l 根據(jù)美國能源部資料,美、歐、日為實現(xiàn)攝氏2度的環(huán)

2、境控制目標(biāo)，將大力推廣新能源車；l 燃料電池車將是終端解答；l 預(yù)估2050年在乘用車輛市場保有量將達30%；l 2020年全球新能源汽車銷售將達 1300萬輛=7800億美元市場規(guī)模。圖表3：交通工具排放占溫室氣體的23%來源：錫力科技，國金證券研究所圖表4：世界各主要車廠發(fā)展現(xiàn)況公司車型續(xù)航里程上市時間備注現(xiàn)代1x35/ Tucson594Km2014.042016年改款再次上市，. 目標(biāo)全年銷售6000輛豐田Mirai500-600Km2014.12原計劃2015年試賣輛，但訂單爆量迖 3000輛本田Clarity700km2016目標(biāo)2017年銷售3000輛奔馳GLC F-Cell40

3、0KM2018奧迪A7h-tron500kmN/A已於2014年洛杉磯車展發(fā)表福特Explorer560Km2017大眾Golf HyMotion500Km2017已於2014年洛杉磯車展發(fā)表通用Cadillac Provoq or Colorado fuel cell480Km2017建立在2008年展出的 E-Flex車型基礎(chǔ)之上寶馬i8N/aBefore有可能提早上市曰產(chǎn)TerraN/aBefore起亞N/a800kmBefore目標(biāo)每年生產(chǎn)1000輛來源：錫力科技，國金證券研究所圖表5：世界各主要車廠發(fā)展現(xiàn)況來源：Frost & Sullivan，國金證券研究所電堆技術(shù)發(fā)展圖表

4、6：PEM電池堆結(jié)構(gòu)來源：全華圖書-燃料電池，國金證券研究所l 雙極板要求: 材料和加工工藝成本低、質(zhì)輕、板薄、良好的力學(xué)性能、高的表面和體積電導(dǎo)率、 低的透氣性和耐腐蝕性l 石墨雙極板： 1. 導(dǎo)熱導(dǎo)電佳、耐腐蝕2. 阻氣性差3. 機械強度低4. 不易加工成型超薄雙極板(ex.<0.5mm) 5. 不利動力型(載具)應(yīng)用l 復(fù)合雙極板：1. 重量輕、耐腐蝕2. 模壓/射出成型,省去二次加工成本 3. 導(dǎo)電性能、機械強度仍須進一步提升l 金屬雙極板：1. 重量輕、機械強度高、體積小 2. 需表面處理提高耐腐蝕3. 導(dǎo)電性能仍須進一步提升目前復(fù)合雙極板(Ballard.)、金屬雙極板(To

5、yota.)為電池堆組成主流圖表7：金屬雙極板示意來源：錫力科技，國金證券研究所l 膜電極組制程主要分為兩種:1. GDE(氣體擴散電極制程)2. CCM(觸媒涂布薄膜制程) 電化學(xué)性能較佳PEM膜電極組：l CCM MEA 3:高分子膜 +觸媒層(陽極)+觸媒層(陰極)l CCM MEA 5:高分子膜 +觸媒層x2(陽極、陰極)+氣體擴散層x2(陽極、陰極)l CCM MEA 7:高分子膜 +觸媒層x2(陽極、陰極)+微孔層x2(陽極、陰極) +氣體擴散層x2(陽極、陰極)l 降低觸媒層白金用量、提高電流密度為膜電極組發(fā)展重點l 電堆發(fā)展技術(shù)挑戰(zhàn)：Ø 性能(>0.65V100

6、0mA/cm2軍工應(yīng)用)Ø 成本(盡量低)Ø 壽命(>15000小時 軍工應(yīng)用)模組集成發(fā)展圖表8：模組集發(fā)展趨勢來源：錫力科技，國金證券研究所圖表9：模組子系統(tǒng)l 氧氣供應(yīng)l 氫氣供應(yīng)l DC/DCl 溫度反饋l 壓力反饋l 電壓反饋l 保護l 冷卻l 排水l 加濕來源：錫力科技，國金證券研究所圖表10：案例：小瓦數(shù)模組(air breathing)來源：錫力科技，國金證券研究所圖表11：錫力模塊集成發(fā)展來源：錫力科技，國金證券研究所圖表12：模組集成設(shè)計挑戰(zhàn)來源：錫力科技，國金證券研究所圖表13：模組集成測試驗證挑戰(zhàn)來源：錫力科技，國金證券研究所圖表14：模組集成工程安裝挑戰(zhàn)來源：錫力科技，國金證券研究所圖表15：各式挑戰(zhàn)對應(yīng)來源：錫力科技，國金證券研究所結(jié)論：l 不論是電池堆、模組甚至是武器集成發(fā)展過程中,定有諸多