燃料电池模组集成发展及挑战

1、引言l 让全球平均气温升高不超过2.0摄氏度，并且朝着不超过1.5摄氏度的目标努力。 限制人类活动所排放的温室气体，在2050年到2100年之间实现人类活动排放 与自然吸收（树木、土壤、海洋）之间的平衡。l 每五年检视各国对降低温室气体排放的贡献，使任务更具有挑战性。l 较富裕国将提供较贫穷国气候资金来因应气候变化，与转换成使用可再生能源的过程图表1：全球主要各国在2025年之碳排放量须低于100 g CO2/km来源：ICTT 2014，国金证券研究所图表2：仅插电式符合动力和纯电动车可以满足减碳目标来源：ICTT 2014，国金证券研究所l 根据美国能源部资料,美、欧、日为实现摄氏2度的环

2、境控制目标，将大力推广新能源车；l 燃料电池车将是终端解答；l 预估2050年在乘用车辆市场保有量将达30%；l 2020年全球新能源汽车销售将达 1300万辆=7800亿美元市场规模。图表3：交通工具排放占温室气体的23%来源：锡力科技，国金证券研究所图表4：世界各主要车厂发展现况公司车型续航里程上市时间备注现代1x35/ Tucson594Km2014.042016年改款再次上市，. 目标全年销售6000辆丰田Mirai500-600Km2014.12原计划2015年试卖辆，但订单爆量迖 3000辆本田Clarity700km2016目标2017年销售3000辆奔驰GLC F-Cell40

3、0KM2018奧迪A7h-tron500kmN/A已於2014年洛杉矶车展发表福特Explorer560Km2017大众Golf HyMotion500Km2017已於2014年洛杉矶车展发表通用Cadillac Provoq or Colorado fuel cell480Km2017建立在2008年展出的 E-Flex车型基础之上宝马i8N/aBefore有可能提早上市曰产TerraN/aBefore起亚N/a800kmBefore目标每年生产1000辆来源：锡力科技，国金证券研究所图表5：世界各主要车厂发展现况来源：Frost & Sullivan，国金证券研究所电堆技术发展图表

4、6：PEM电池堆结构来源：全华图书-燃料电池，国金证券研究所l 双极板要求: 材料和加工工艺成本低、质轻、板薄、良好的力学性能、高的表面和体积电导率、 低的透气性和耐腐蚀性l 石墨双极板： 1. 导热导电佳、耐腐蚀2. 阻气性差3. 机械强度低4. 不易加工成型超薄双极板(ex.<0.5mm) 5. 不利动力型(载具)应用l 复合双极板：1. 重量轻、耐腐蚀2. 模压/射出成型,省去二次加工成本 3. 导电性能、机械强度仍须进一步提升l 金属双极板：1. 重量轻、机械强度高、体积小 2. 需表面处理提高耐腐蚀3. 导电性能仍须进一步提升目前复合双极板(Ballard.)、金属双极板(To

5、yota.)为电池堆组成主流图表7：金属双极板示意来源：锡力科技，国金证券研究所l 膜电极组制程主要分为两种:1. GDE(气体扩散电极制程)2. CCM(触媒涂布薄膜制程) 电化学性能较佳PEM膜电极组：l CCM MEA 3:高分子膜 +触媒层(阳极)+触媒层(阴极)l CCM MEA 5:高分子膜 +触媒层x2(阳极、阴极)+气体扩散层x2(阳极、阴极)l CCM MEA 7:高分子膜 +触媒层x2(阳极、阴极)+微孔层x2(阳极、阴极) +气体扩散层x2(阳极、阴极)l 降低触媒层白金用量、提高电流密度为膜电极组发展重点l 电堆发展技术挑战：Ø 性能(>0.65V100

6、0mA/cm2军工应用)Ø 成本(尽量低)Ø 寿命(>15000小时 军工应用)模组集成发展图表8：模组集发展趋势来源：锡力科技，国金证券研究所图表9：模组子系统l 氧气供应l 氢气供应l DC/DCl 温度反馈l 压力反馈l 电压反馈l 保护l 冷却l 排水l 加湿来源：锡力科技，国金证券研究所图表10：案例：小瓦数模组(air breathing)来源：锡力科技，国金证券研究所图表11：锡力模块集成发展来源：锡力科技，国金证券研究所图表12：模组集成設計挑战来源：锡力科技，国金证券研究所图表13：模组集成测试验证挑战来源：锡力科技，国金证券研究所图表14：模组集成工程安装挑战来源：锡力科技，国金证券研究所图表15：各式挑战对应来源：锡力科技，国金证券研究所结论：l 不论是电池堆、模组甚至是武器集成发展过程中,定有诸多