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氢电涂层市场“江湖混战”,谁拔得头筹?

技术提升和市场需求的双重助力下,金属双极板的市场占比在逐步增多。金属双极板涂层作为关乎金属双极板耐腐蚀性和导电性的关键环节,成为业界关注的焦点,吸引了越来越多的企业加码布局。

外资品牌中,瑞典公司Impact Coatings在华设立全资子公司毅湃(上海)真空镀膜技术有限公司,剑指国内氢电双极板涂层市场;德国PVT涂层公司凭借30余年镀膜经验进军氢能和燃料电池赛道;博世涂层研发中心推出了适用于从客户自研到大批量生产的单腔线性涂层设备和连续型线性涂层设备。国内企业中,常州翊迈、武汉材料保护研究所、吉林省中科迈格、上海福宜等都在这一细分领域有新进展。

在氢能与燃料电池发展浪潮推动下,涂层这一细分领域形成了增量空间,同时也衍生出一些新特点。企业在加码布局的同时,如何快速把握住机遇而避免一些暗藏的风险?

燃料电池涂层市场“迎新”

金属双极板生产制造过程包括开模、冲压、涂层、封装等环节。在这其中,涂层环节因为影响金属双极板的耐久性和导电性两大重要指标,成为金属板生产制造的核心。近来,国内在金属双极板这一核心业务上展开布局的企业明显增多。

外资品牌中,国外氢能领域真空镀膜龙头企业——瑞典PVD真空镀膜技术公司Impact Coatings在华设立全资子公司毅湃(上海)真空镀膜技术有限公司,目前该子公司在上海青浦区年产300万片的自动化涂层生产线已建设完毕,面向燃料电池和电解水设备,预计年底投产。

德国PVT涂层公司凭借30余年镀膜经验进军氢能和燃料电池赛道,开发了两种不同类型的连续式涂层系统:i-L4.3500和i-L3.5000,年产量分别达500万片、100万片双极板,每块双极板的涂层成本通常<1.00欧元(1欧元=7.34人民币);博世涂层研发中心推出双极板涂层解决方案,研发出适用于从客户自研到大批量生产的单腔线性涂层设备和连续型线性涂层设备。豪泽、巴尔扎斯也均在积极抢滩这一市场。

国内企业中,常州翊迈已经成功研发第四代“乌金”涂层技术,能够将燃料电池金属双极板腐蚀电流降低到5μA/cm<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: system-ui, -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 1px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);”>²,今年其会上一个新的全自动智能化的燃料电池双极板产线,可以短期内满足国内燃料电池双极板涂层的基本需求。武汉材料保护研究所氢能新材料事业部薄膜技术研究室设计研发出一套燃料电池双极板碳基膜生产设备,该设备将0.5微米(μm)厚薄的碳基薄膜涂覆于金属板表面,板的导电性丝毫不减,在强酸环境下浸泡10小时也不会被腐蚀。目前,武汉材保所正在为燃料电池双极板碳基薄膜的生产线落地做准备。

北京中科迈格旗下全资子公司吉林省中科迈格采用HiPIMS+镀膜技术,开发出金属双极板处理专用的非晶碳涂层,涂层厚度均匀性优于10%,均匀致密,接触电阻达到0.82mΩ./cm<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: system-ui, -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 1px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);”>²,电化学测试涂层耐腐蚀性能优异,腐蚀电流可达0.013,完全符合美国能源部(DOE)<1μA/cm?的标准。

涂层是氢能及燃料电池金属双极板的核心技术,但长时间以来,国内能够提供涂层工艺服务与设备的企业并不多。现在忽然迎来多家企业入局,背后直接原因是,金属板涂层市场应用在快速扩大。

记者产业研究所(GGII)数据显示,2022年国内氢燃料电池金属板电堆出货功率超400MW,同比上年增长超30%。这种增长速度给涂层企业入局燃料电池金属双极板市场带去了信心,他们看到了这一细分领域勃发的可能。

毅湃相关负责人就公开表示,中国是世界第一的制造业大国,氢能是中国碳中和战略的支柱之一,市场前景巨大。中国的氢能技术发展水平也是处于世界第一梯队。因此,服务好中国市场,并和中国优秀的氢能技术企业互相促进共同发展,是毅湃发展的核心目标。

涂层领域发展迷途:难度大、要求多

目前国内燃料电池金属板涂层市场,在材料环节,应用以碳基涂层为主,同时还有部分电堆厂和金属双极板公司采用金属涂层,并配以相应的涂层加工方法;在工艺环节,PVD工艺是主流应用,不过也有企业采用电弧喷涂等其他工艺。具体哪一种涂层材料和工艺能够让金属双极板的导电性更好、寿命更长,尚无定论,市场整体还处于“百家争鸣”、“江湖混战”的初始阶段。

在相关企业方面,国外品牌因为在国内沉淀时间久、专业制造水平高等原因,目前市占率略高于国内品牌。不过,随着国内品牌在价格、交货周期、设备升级等方面逐步显现出一定优势,加上一些初创型的金属板电堆厂和双极板生产商愿意尝试国产涂层设备与工艺,原有的市场格局已经开始向国产品牌倾斜。

国内燃料电池涂层工艺与设备企业在产业发展向上的机会下,在日渐活跃。但是这些企业,尤其是国内企业品牌同时也都面临着不小的挑战:

其一,成本方面,燃料电池金属板涂层因为工艺精细复杂,技术含量高,规模化水平低,目前占金属板成本的50%-60%之高,而下游用户又有非常强烈的降本需求。涂层类企业在上下游施压下夹缝生存。

其二,资金层面,有一定出货量或资金实力充足的企业,通常会选择自己购置设备与涂层工艺,而未能购置设备的用户,多数属初创型企业,这类企业虽然对涂层业务有一定需求,同时在资金上周转上的压力也比较大,时常会对涂层在内的供应链所拖欠。

其三,技术层面,由于行业产品还没形成一定标准,每一家客户的技术要求、规格尺寸都不一样,在规模数量普遍上不去的情况下,极大地增加了涂层企业的效率成本。

“涂层技术涉及到材料、结构、工艺、设备等多个环节,看似是个简单的涂层,其实是一个庞大且复杂的系统工程。我们一方面要在低接触电阻(最大化功率性能)、耐久性、重量/尺寸(轻量级,一致性,平整度等)、低成本等四个方面去跟进燃料电池的产业化需求、满足用户需求,一方面还要应对运营中各种各样的压力,这让我们企业非常疲惫,做得非常的累。”华东地区一家涂层工艺与设备供应商告诉记者。

涂层企业的新选择:PEM电解槽涂层

燃料电池涂层市场前景毋庸置疑,但目前看距离“开花结果”还要有一段时间,加上企业面临的上述压力,有部分燃料电池涂层工艺与设备企业悄然做出调整,已经开始将业务延伸至PEM制氢市场。

上海福宜透露,公司已经将PEM电解槽双极板涂层纳入新的业务增长点,并且已经和外资企业签订了在PEM双极板涂层方面的联合开发协议;北京实力源相关负责人也告诉记者,从去年下半年开始,公司也已经在做PEM电解槽双极板的涂层设备了。

包括上面提到的瑞典PVD真空镀膜技术公司Impact Coatings在华设立全资子公司毅湃(上海)真空镀膜技术有限公司,其业务也是涵盖电解槽双极板。

企业之所以做出这种选择,除了自身原因,最主要原因还是PEM制氢展现出了非常广阔的市场空间,并且在近一两年发展迅速。调研显示,自去年以来,国内PEM制氢项目明显增多,以康明斯为代表的国际巨头,以国电投、上海电气、中国石化、中国华电为代表的央企国企,均在PEM制氢方面实现了新突破。这些给涂层企业们入局PEM电解水制氢市场带去了信心。

“PEM电解水制氢市场比车端发展更快,这意味有可能很快会实现商业化应用;而且投资PEM电解水制氢的基本都是资金实力比较雄厚的企业,他们对成本的容忍度也更大,愿意将涂层问题交给第三方处理。综合来看,我们认为这是一个值得重点培养的新市场,2023年我们会加大这方面的投入。”另一家已经将涂层业务由燃料电池领域向“燃料电池涂层+PEM电解水制氢涂层”拓展的企业表示。

PEM电解槽双极板通常为钛基双极板,为了提升双极板的传输效率、耐腐蚀性和导电性,表面会镀有Pt或Au等贵金属涂层或进行其他表面处理。目前,国内能够提供这方面涂层工艺服务的企业,有治臻股份、毅湃(上海)、西安泰金等。其中治臻股份利用金属双极板设计与制造的技术优势,已经开发出第一代PEM电解槽用金属极板-EC500,初步形成了250kW级PEM电解槽金属极板及其相关产品的研发制造能力。毅湃(上海)目前可提供三款PVD贵金属涂层(铱、金和铂)并且已经小批量交付;西安泰金也已经有一定的出货量。

市场对PEM电解槽涂层的需求是超长的耐久寿命、更低的成本、产能适应性、无/低贵金属、基材适用性。为了提高市场占有率,这一领域的企业目前正在朝这几方面不遗余力的努力。在未来很长一段时间内,PEM电解槽涂层的降本问题、提高耐久性的问题都将是涂层企业们研究的热点、讨论的话题。

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