1、膜電極生產(chǎn)工藝對比分析
膜電極的生產(chǎn)過程主要分為混漿、涂布、壓合三個(gè)核心環(huán)節(jié)，如下表所示：
膜電極的生產(chǎn)工藝中每一個(gè)核心環(huán)節(jié)一般有三種工藝技術(shù)路線，不同工藝技術(shù)路線的對比分析如下：
基于上述三個(gè)核心環(huán)節(jié)的不同工藝技術(shù)路線，公司與國內(nèi)外同行業(yè)公司在膜電極生產(chǎn)工藝路線方面的對比分析如下：
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公司膜電極生產(chǎn)工藝技術(shù)路線的選擇系基于膜電極設(shè)計(jì)要求、規(guī)模化高節(jié)拍制造的適配性、量產(chǎn)質(zhì)量可控度、關(guān)鍵材料利用率等多個(gè)維度綜合考慮的結(jié)果。
公司所選擇的球磨分散的方式，相較于超聲分散和高速攪拌/剪切的方式，不僅分散效率更高，還可以處理催化劑漿料直涂所要求的高粘度漿料，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化處理。
此外，在漿料組成方面，由于催化劑在醇類溶劑中更容易分散，目前行業(yè)里通常采用高醇水比的溶劑，即主要以醇類作為溶劑，但公司自主開發(fā)的漿料則主要以水作為溶劑（水的比例＞80%），相對而言，溶劑成本更低且有機(jī)溶劑排放顯著下降。
公司所選擇的雙面直涂工藝技術(shù)，對設(shè)備、漿料特性等要求較高，工藝難度較大，但可以實(shí)現(xiàn) 5 米/分鐘以上的涂布線速度，且具有材料損耗小、催化劑涂層利用率高等特點(diǎn)。
相較于雙面直涂技術(shù)，轉(zhuǎn)印涂布技術(shù)可以避免涂布過程中質(zhì)子交換膜的溶脹問題，但存在生產(chǎn)工序較多、轉(zhuǎn)印耗材較昂貴等缺點(diǎn)。
公司采用先進(jìn)的間歇式、高精度雙面直接涂布技術(shù)，催化層濕膜厚度控制精度±5μm，可在高節(jié)拍、高精度生產(chǎn)的同時(shí)降低材料損耗。
但隨著產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，企業(yè)對于產(chǎn)能、生產(chǎn)節(jié)拍、制造成本、質(zhì)量管控等要求越來越高，全自動(dòng)化“卷對卷（roll to roll）”的膜電極壓合路線是順應(yīng)行業(yè)趨勢的必然選擇。
因此，公司在產(chǎn)能規(guī)劃階段，對標(biāo)世界領(lǐng)先水平，確定采用卷對卷的膜電極壓合路線，拉動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行定制化開發(fā)，并建成了全自動(dòng)化“卷對卷（roll to roll）”的膜電極生產(chǎn)線，自 2021 年中投產(chǎn)后已累計(jì)穩(wěn)定生產(chǎn)膜電極超過百萬片。
2、膜電極產(chǎn)品性能對比分析
公司與國內(nèi)外同行業(yè)公司在膜電極產(chǎn)品性能參數(shù)方面的對比如下：
極化性能和功率密度是直接對應(yīng)關(guān)系，系指膜電極在一定工作電壓下活性區(qū)單位面積的電流或者輸出功率，是膜電極性能的核心指標(biāo)。膜電極極化性能和功率密度越高，意味著輸出同樣功率時(shí)需要的膜電極活性面積越少，關(guān)鍵材料的用量也將越少。
在極化性能和功率密度方面，公司的 HCore-21A 型膜電極與國內(nèi)膜電極頭部企業(yè)基本處于同一技術(shù)水平。相對于上一代膜電極，公司的HCore-22A 型膜電極的峰值功率密度提升了 30%，達(dá)到了 1.3W/c㎡@0.65V，可對標(biāo)世界領(lǐng)先水平，性能與豐田第二代膜電極產(chǎn)品性能接近。
鉑用量為膜電極性能指標(biāo)的另一個(gè)體現(xiàn)。目前膜電極催化劑以鉑貴金屬為主，鉑金屬的材料成本約占膜電極成本的 30%，因此在每千瓦輸出功率下，膜電極鉑用量越少，意味著技術(shù)水平越高、材料成本越低。
在鉑用量方面，公司膜電極產(chǎn)品 HCore-22A 的鉑用量為 0.27g/kW，處于國內(nèi)先進(jìn)水平，但距離豐田第二代產(chǎn)品 0.14g/kW 仍有差距，需通過高性能材料開發(fā)應(yīng)用和膜電極微觀/宏觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面持續(xù)提升。
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在產(chǎn)品耐久性方面，公司的 HCore-21A 型膜電極的壽命為 10,000 小時(shí)，新一代 HCore-22A 型膜電極在上一代膜電極技術(shù)基礎(chǔ)上，從材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、量產(chǎn)工藝等多維度進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，在車用工況下的設(shè)計(jì)壽命預(yù)期可達(dá) 15,000小時(shí)以上。
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膜電極中所使用的全氟磺酸型質(zhì)子交換膜，必須在較高的含水量或相對濕度條件下，才具有良好的離子導(dǎo)電能力。公司燃料電池電堆及系統(tǒng)產(chǎn)品采用自增濕技術(shù)路線，取消了空氣側(cè)增濕部件，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但對膜電極提出了較高的要求。公司通過材料選型、組成和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了膜電極在無空氣增濕、高溫條件下穩(wěn)定工作的能力。
綜上所述，公司已掌握低鉑載量、高性能、長壽命膜電極設(shè)計(jì)及批量制造技術(shù)，在燃料電池關(guān)鍵核心部件膜電極的自主研發(fā)與制造方面實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化，公司的膜電極生產(chǎn)工藝和膜電極產(chǎn)品性能可對標(biāo)國內(nèi)外同行業(yè)先進(jìn)水平，具備市場競爭力。
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