國(guó)產(chǎn)燃料電池企業(yè)的崛起，催生了國(guó)內(nèi)膜電極市場(chǎng)的強(qiáng)勁需求，國(guó)產(chǎn)膜電極生產(chǎn)制造正在逐步向批量產(chǎn)業(yè)化時(shí)代邁進(jìn)。

高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2020年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)膜電極出貨量為3.68萬(wàn)㎡，同比增長(zhǎng)62.11%，而得益于下游市場(chǎng)需求的提高，近三年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)膜電極出貨量一直處于穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

此前國(guó)內(nèi)膜電極市場(chǎng)被國(guó)際企業(yè)所占據(jù)，近年來(lái)隨著以鴻基創(chuàng)能、武漢理工氫電、唐鋒能源等為代表的國(guó)內(nèi)膜電極公司快速成長(zhǎng)起來(lái)，國(guó)產(chǎn)膜電極的市場(chǎng)占有率穩(wěn)步提升。在這背后，設(shè)備企業(yè)為國(guó)產(chǎn)膜電極邁向產(chǎn)業(yè)化制造和有效降本起到了重要作用。

“現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)膜電極企業(yè)對(duì)MEA設(shè)備在提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升效率和良率的要求越來(lái)越高?！甭∩?a href="http://www.www27dydycom.cn/soft/data/42-101/" target="_blank">機(jī)器人氫能裝備事業(yè)部總經(jīng)理丁彥春告訴高工氫電，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)膜電極制造開始向量產(chǎn)階段過渡，如何保證產(chǎn)品制造的一致性和穩(wěn)定性成為客戶最為關(guān)心的內(nèi)容，整個(gè)行業(yè)正在加快轉(zhuǎn)型升級(jí)。

在助力膜電極國(guó)產(chǎn)裝備水平的提升和工藝難點(diǎn)的突破方面，隆深機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)值得行業(yè)借鑒。

自動(dòng)化助推燃料電池制備技術(shù)變革

隆深機(jī)器人成立于2013年，是一家專業(yè)從事工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成、非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備及整線設(shè)計(jì)制造的高新技術(shù)企業(yè)。公司從2017年成立氫能裝備事業(yè)部，開始投入研發(fā)燃料電池專用設(shè)備，現(xiàn)有設(shè)備產(chǎn)品已完全覆蓋從催化劑漿料制備到電堆裝配的全生產(chǎn)過程，可以為用戶提供從廠房規(guī)劃到電堆成品下線的整線解決方案。

經(jīng)過7年多時(shí)間的快速發(fā)展，公司已在東莞、蕪湖、長(zhǎng)沙、十堰設(shè)立子公司，在上海、寧波、武漢等多個(gè)地區(qū)設(shè)立分公司。現(xiàn)階段，隆深機(jī)器人已具備成熟的膜電極（MEA）生產(chǎn)及檢驗(yàn)小試/中試/整線設(shè)備交付能力，同時(shí)在雙極板生產(chǎn)、電堆裝配等方面的設(shè)備也做了大量的研究開發(fā)，可以為用戶提供質(zhì)子交換膜燃料電池整線解決方案。

以其MEA全自動(dòng)滿生產(chǎn)線為例，該產(chǎn)線包含漿料制備、碳紙疏水預(yù)處理線、CCM雙面直接涂布線/GDL涂布輥壓線、CCM裁切/邊框膜裁切/GDL裁切設(shè)備、MEA五合一/七合一貼合設(shè)備、尺寸檢測(cè)/瑕疵檢測(cè)/氣密性檢測(cè)設(shè)備等。

隆深機(jī)器人膜電極封裝線

在膜電極設(shè)備領(lǐng)域，隆深機(jī)器人解決了漿料的分散粒徑、穩(wěn)定性，質(zhì)子交換膜兩面直接涂布，柔性切割，MEA五合一卷對(duì)卷貼合，高效的瑕疵檢測(cè)、氣密性檢測(cè)等幾大難題。

此外，隆深機(jī)器人膜電極自動(dòng)化生產(chǎn)線最大的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)了可柔性生產(chǎn)，可以根據(jù)客戶的需求來(lái)決定設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)能力，這對(duì)于燃料電池制備技術(shù)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一次重大的變革。

截至目前，隆深機(jī)器人現(xiàn)已為國(guó)內(nèi)某客戶成功研制開發(fā)出國(guó)內(nèi)先進(jìn)膜電極全自動(dòng)化生產(chǎn)線。該產(chǎn)線包含漿料制備、碳紙疏水預(yù)處理線、CCM雙面直接涂布線/GDL涂布輥壓線、CCM裁切/邊框膜裁切/GDL裁切設(shè)備、MEA五合一/七合一貼合設(shè)備、尺寸檢測(cè)/瑕疵檢測(cè)/氣密性檢測(cè)設(shè)備等。

MEA多樣化制備方案解決行業(yè)痛點(diǎn)

與3C、汽車領(lǐng)域相對(duì)成熟的生產(chǎn)及工藝路線相比較，處于探索初期的氫能源設(shè)備自動(dòng)化則更顯非標(biāo)定制的難點(diǎn)，處于不同發(fā)展階段的客戶對(duì)于膜電極設(shè)備的需求也存在很大的差異。

如何選擇合適的工藝，是用于研發(fā)產(chǎn)品還是批量化生產(chǎn)制造？為此隆深機(jī)器人針對(duì)不同的需求，開發(fā)了MEA多樣化制備解決方案。

從目前行業(yè)主流的直涂、轉(zhuǎn)印和噴涂三大工藝來(lái)看，各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。

若采用直涂，因?yàn)橥繉訚衲な且淮纬尚?，?dāng)漿料粘度過低時(shí)（＜50cps），涂層表面樹脂含量偏高，底層鉑碳顆粒含量偏高；面層與氣體擴(kuò)散層接觸，電子傳導(dǎo)能力不足，如果樹脂層致密嚴(yán)重甚至?xí)璧K氣液傳導(dǎo)；催化劑顆粒更富集在涂層底部，影響質(zhì)子傳導(dǎo)，又因?yàn)闆]有充足的氣體供應(yīng)，催化反應(yīng)會(huì)受到影響。

轉(zhuǎn)印工藝與直涂工藝得到的催化層恰恰相反，鉑碳顆粒富集在催化層的表面，與氣體擴(kuò)散層接觸，增強(qiáng)了電子傳輸能力，氣體傳輸通暢，催化反應(yīng)加強(qiáng)。樹脂富集層與質(zhì)子膜接觸，質(zhì)子傳導(dǎo)能力更強(qiáng)。

噴涂同樣適合低粘度漿料，涂層厚度可任意控制，且噴涂對(duì)漿料的調(diào)配要求簡(jiǎn)單，幾乎不需要考慮漿料分散技術(shù)。但是噴涂工藝的效率太低、漿料浪費(fèi)嚴(yán)重、難以實(shí)現(xiàn)雙面斑馬涂（因?yàn)檎谀さ膶?duì)位問題）。

隆深的解決方案是，通過對(duì)漿料進(jìn)行增稠處理和狹縫涂布相結(jié)合的形式解決上述難題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，漿料粘度500~800cps時(shí)，采用狹縫直涂，分溫區(qū)快速烘干，鉑碳顆粒不會(huì)沉淀堆積，催化層得以獲得更良好的水氣通道，質(zhì)子和電子傳導(dǎo)良好。采用狹縫直涂，效率高、節(jié)省漿料、可實(shí)現(xiàn)雙面斑馬涂。

此外，針對(duì)不同客戶的需求量大小，隆深機(jī)器人在膜電極的貼片工藝方面也進(jìn)行了不同的區(qū)分。

“MEA日產(chǎn)能需求小于1500片時(shí)，采用片對(duì)片貼合，產(chǎn)品換型簡(jiǎn)單，設(shè)備適應(yīng)能力強(qiáng)?！岸┐赫J(rèn)為，對(duì)于試驗(yàn)/小試/中試線來(lái)說(shuō)，片對(duì)片貼合工藝更為適合，而卷對(duì)卷貼合工藝生產(chǎn)效率較高（6pcs/min），對(duì)邊框有要求，更適合量產(chǎn)產(chǎn)線。

現(xiàn)階段，針對(duì)不同MEA客戶在不同發(fā)展階段的特定需要，隆深機(jī)器人重點(diǎn)開發(fā)了MEA試驗(yàn)線生產(chǎn)設(shè)備和MEA工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備2大類產(chǎn)品矩陣，分別對(duì)應(yīng)客戶在試驗(yàn)中試期和批量生產(chǎn)期的需求。

在MEA試驗(yàn)線生產(chǎn)設(shè)備方面，高速分散機(jī)、平板涂布機(jī)、精密裁切機(jī)、五合一貼合機(jī)、七合一貼合機(jī)、氣密檢測(cè)機(jī)等設(shè)備適合研發(fā)和小批量中試；在MEA工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備方面，催化層卷材雙面直接涂布機(jī)、催化層片材雙面直接涂布機(jī)、MEA熱轉(zhuǎn)印設(shè)備、MEA封裝檢測(cè)線、電堆裝配自動(dòng)化整線等能滿足客戶對(duì)于批量化生產(chǎn)的需求。

眼下，國(guó)產(chǎn)膜電極涂布工藝在經(jīng)歷了第一代“雙面轉(zhuǎn)印”與第二代“陰極直涂陽(yáng)極轉(zhuǎn)印”之后，工藝仍然有發(fā)展和提升的空間。效率更高的雙面直涂工藝正在被越來(lái)越多企業(yè)接受，成為未來(lái)批量化生產(chǎn)的主流方向。

隆深機(jī)器人將會(huì)同燃料電池企業(yè)一起努力，不斷提升工藝和制造水平，為推動(dòng)國(guó)產(chǎn)膜電極的智能化生產(chǎn)和有效降本做出貢獻(xiàn)。

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