氫燃料電池進入快車道 厚膜印刷技術助力發展

燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的裝置。當燃料電池源源不斷地從外界獲得燃料和氧化劑時，它就能源源不斷地發電。燃料電池技術已經應用于多個領域，包括交通運輸、電力生產、工業生產和移動設備等。其中，最為廣泛的應用領域是交通運輸領域，燃料電池汽車由于具有零污染、低噪音、高效率等優點，目前市場銷量占比逐年攀升。

在所有的燃料電池類型中，氫燃料電池的發展尤為迅速。由于中國具有良好的制氫基礎，是世界上最大的制氫國，氫能制備、儲運、加氫和系統集成等相關產業鏈具備良好的工業基礎。在國內政策的大力支持下，我國氫燃料電池發展優勢顯著，尤其是在商用車領域，氫燃料電池將有更大發展空間。

目前，受制于技術與基礎設施等因素的制約，氫燃料電池汽車還處于發展的初級階段，產品保有量低。2022年銷量只有3000多輛，與新能源汽車相距甚遠。未來，隨著氫氣的制造、運輸和存儲等技術的不斷進步，以及加氫站等基礎設施的建設和普及，氫燃料電池汽車會成為車企不可忽視的重要技術路線。

氫燃料電池(圖片來源于網絡)

在氫燃料電池的生產工藝中，SOFC電池片電極、金屬雙極板與膜電極密封材料涂抹、質子交換膜催化劑涂覆、膜電極邊框密封涂覆等多個制備工藝中，由于厚膜印刷設備和工藝已達到很高的水平和精細度，成本投入較低且易批量生產，已成為生產燃料電池組件的有效解決方案，并已廣泛用于批量燃料電池生產工藝中。

但在印刷制備過程中，也容易產生很多問題，如印刷膜厚一致性、印刷設備精度與穩定性等，需要專業高效的精密厚膜印刷設備和技術作為支撐來完成批量化生產。

一、氫燃料電池批量生產要求與挑戰

氫燃料電池想要得到廣泛普及與應用，一方面需要加快氫能相關基礎設施建設，最重要的是應盡量降低氫燃料電池的單位成本，大幅度提高產能，最終達到消費商品的水平，才能滿足可預期替代性的市場化需求。在生產中需要高速、準確、重復性好、成本效益高的自動化設備與工藝來支撐高產量的生產流程，從而快速生產出單位成本低且合格的氫燃料電池。

目前，用于氫燃料電池的功能層的物理和化學特性對于實現氫燃料電池性能是至關重要。其性質的改變，如改變膜厚度或者膜中存在孔洞、針孔等缺陷，均可能削弱電池性能及縮短其使用壽命，甚至還可能導致嚴重事故。

因此，這些物質必須在受控的情況下以不變的量涂敷在具有較高彈性或滲透性的基板或者陶瓷生坯上。另外在氫燃料電池堆的制備過程中，金屬雙極板或者金屬連接體上均需要涂覆密封材料，從而達到電堆內部密封的作用。     

因此，氫燃料電池面臨的主要挑戰，在于確保足夠的產能和產量，以使單位成本最小化。這就要求具備高速涂敷不同粘度漿料的技術。這些技術最好能在短時間內同時進行多品種的生產。

此外，制造商必須能夠迅速調換不同的涂敷物組合和基板，以批量制造一套氫燃料電池所需的部件，并使若干燃料電池技術能在同一套設備上得以應用。

二、厚膜印刷技術在氫燃料電池生產中的優勢

（一）適用于氫燃料電池多組件精細化生產要求

厚膜印刷工藝中最為關鍵的要素之一是絲網或網板本身。其性能確定了印刷材料的大小、厚度和形狀。對金屬網板來說，孔的特性是至關重要的。當對少量材料進行近距離涂敷時，如對固體氧化物燃料電池膜電極進行精確涂敷時，金屬網板是最佳選擇。

 厚膜印刷技術可以對厚度為50微米或更小，總厚度變化在±2微米以內的高分子材料進行涂敷。這適用于生產厚度在50-175微米之間的氫燃料電池的離聚物膜，5-50微米厚的鉑/碳/離子催化層，以及生產厚度5-30微米之間的氫燃料電池電解質膜、電極膜及阻擋層，從而達到高速且精細生產。

（二）節省材料成本，可快速改裝成全自動產線

在氫燃料電池印刷生產中，厚膜印刷除了可大幅度提高生產速度之外，最主要的優勢之一，是與噴鍍或蒸鍍等方法相比浪費的物料非常少。氫燃料電池部件中的貴金屬、稀土等材料，尤其是鉑催化劑、鈣鈦礦等材料，價格昂貴；因而一旦生產進入商業化階段，浪費將對單位成本產生重大影響。

厚膜印刷技術為氫燃料電池組件的生產提供了高產能、高度自動化、嵌入式的解決方案，其優勢極具吸引力。除此之外還具備多種經濟優勢。單臺厚膜印刷設備可匹配生產多尺寸部件，可改裝成全自動化印刷生產線。只需更換印刷漿料，調換適合的網版，配合上下料系統，可在短期內實現整條全自動生產線的改裝調試。

• 適用于250X250mm~300X400mm印刷面積

• 高精度全自動對位系統

• 印刷制備精度±5μm

• 膜厚偏差±4um

• 全數控操作

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來源：建宇網印

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原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）：氫燃料電池進入快車道 厚膜印刷技術助力發展