國內燃料電池行業雖已發展多年，但是膜電極產業化經驗至今尚未成熟，整體制備水平效率不高，多項工藝難點還有待突破。
“從當前的膜電極製造工藝來看，還存在著反應過程中催化層結構不夠穩定，Pt顆粒易脫落等問題，這會影響到膜電極的使用壽命。”國內一家電堆企業高層告訴高工氫電，當前的膜電極製備工藝還需要進一步改良。
不過，這種局面正隨著國產膜電極製備工藝的進步而逐漸改觀，尤其是一些國產膜電極設備企業的出現對於改進製備工藝起到了至關重要的作用。
“雙面直塗工藝已經成為業內共識，未來會是膜電極塗布工藝的主流方向。”魔方新能源項目總監劉坤告訴高工氫電，隨著市場需求的擴大，效率更高的雙面直塗工藝將會在未來1到2年內快速推廣起來。
國產膜電極塗布工藝的現狀
塗布質量的好壞在很大程度上影響著MEA的最終性能。由於工藝突破難度大，目前MEA多采用第一代雙面轉印CCM工藝，存在生產效率不高、質子交換膜因熱壓轉移產生機械損傷導致壽命降低等問題。
事實上，對處於起步階段的燃料電池行業來說，MEA市場需求尚待挖掘，不同工藝路線適應不同的市場需求，現階段第一代“雙面轉印”與第二代“陰極直塗陽極轉印”工藝仍然有發展和提升的空間。
但在政策的扶持下，國產電堆的迎來爆發期，MEA成本壓力將日益上升，燃料電池企業逐步向上游MEA核心技術延伸，一些新進企業希望佔據未來技術制高點，他們在積極跨越2年左右來投資建設第三代產線。
“從製造效率來看，雙面直塗工藝更能滿足自動化批量製造的需求。”劉坤告訴高工氫電，按照一般的噴塗轉印工藝，完成1片膜電極的塗布需要一分鐘左右，雙面直塗一分鐘可以做到15片以上（按照一米膜電極3片計算）。
除了效率的提升，雙面直塗工藝的另一個優勢在於能有效解決膜電極的溶脹難題。
目前業界針對膜電極的雙面直塗主要有兩種方案，一種是以直接通過設備工藝改造和配方的改良實現雙面直塗，日本的screen株式會社是其中傑出的代表。但是這種設備價格昂貴，單次投入成本較高。
另一種則是抗溶脹膜的路線，抗溶脹膜作為一種耗材在膜電極塗布過程中使用，魔方新能源採用的這是這種路線。
“這種抗溶脹膜能和催化層相貼合，塗完之後可以很好的脫落下來，不會影響催化層的結構，也不會產生殘餘，並且這層抗溶脹膜能在膜電極塗第二面的時候會起到很好的支撐作用。”劉坤認為，更高的效率，更有效的解決熱效應對質子交換膜的影響，讓雙面直塗工藝成為膜電極批量製造的最優選項。
國產膜電極塗布設備企業的精進
由於膜電極製備工藝尚處於探索階段，每家膜電極廠商的製備工藝都不相同，國內幾乎看不到合適的“通用”設備，這需要膜電極廠家提“需求”給設備廠商去定製開發。而國內的膜電極塗布設備企業也是在這種背景下發展起來。
目前，國內涉足膜電極塗布業務的設備企業中，魔方新能源和浩能科技是其中的突出代表。
魔方新能源的突出成就得益於技術沉澱深厚的研發團隊。公司核心技術團隊來自武漢理工，而武漢理工是國內燃料電池領域最具權威的研究機構之一，開發出了國內最早之一的燃料電池汽車，在燃料電池核心材料質子交換膜、催化劑、MEA等方面研發超過20年，孵化出了MEA出貨量全國第一、全球前三的武漢理工氫電。
魔方新能源打造MEA全新產線
“魔方新能源針對MEA製備難點，結合最新的納米分散、塗布、膜貼工藝，開發了第三代MEA產線。”魔方新能源董事長蔣中林博士透露，公司技術團隊在鋰電塗布工藝有多年的經驗，並結合自身在材料領域的優勢，專門開發出了MEA製備所需的關鍵材料，最終經過多次反覆實驗，打通了核心工藝。
“目前國內已經有2家膜電極製造商在嘗試魔方的雙面直塗設備，正在進行調試工作。”劉坤告訴高工氫電，除了膜電極廠商，國內一些自產膜電極的電堆廠也在瞭解雙面直塗工藝。
跟魔方新能源的路徑類似，浩能科技也是從鋰電池設備行業進入燃料電池膜電極塗布設備領域，同樣主打雙面直塗工藝。
“浩能的塗布設備在塗布吸附背輥、乾燥箱體、塗布角度及支撐膜的結構上進行創新，從而有效解決塗覆過程中質子交換膜存在與溶劑接觸而產生小孔或起皺的問題。” 浩能科技事業部總經理魏洪波表示，雙面塗布工藝的突破，使得整個塗覆及傳送過程中質子交換膜的溶脹或收縮難題得到有效化解。
2019年，浩能科技推出的膜電極塗布機，實現了質子交換膜制膜環節和正負極塗布方面的技術應用，目前其燃料電池膜電極塗布設備已經交付多家國內外膜電極生廠商。
浩能科技的卷對卷膜電極塗布機
“今年計劃交付5條雙面直塗膜電極生產線。” 魏洪波表示，業內很看好雙面直塗設備的應用前景，浩能也在不斷迭代相關的工藝和技術。
雙面直塗技術的突破，使得國產膜電極產品在性能、壽命及效率的提升，在很大程度上，不僅加速了全國燃料電池產業化的全面佈局，更增加了國產設備在國際中的競爭力。
值得注意的是，除了技術上的突破，較低的成本也為為我國燃料電池大規模商業應用奠定堅實基礎。
“如果採購進口的膜電極雙面直塗設備，價格高達4000萬以上，一條國產膜電極塗布線的價格還不到2臺進口塗布機的一半。”國內一家膜電極公司高層認為，國產雙面直塗設備的成本優勢明顯，隨著不斷的改進調試，未來在各項性能上有望對標國際先進水平。
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