把金屬雙極板放置到全自動化的激光焊接設備中,10秒就能完成一次焊接。在驥翀氫能子公司深圳眾為氫能科技有限公司(以下簡稱“深圳眾為”)的產(chǎn)線前,總經(jīng)理王力正在反復調試一臺焊接設備的參數(shù)。
金屬雙極板是氫燃料電池電堆的重要組成部件,焊接是其工藝之一,對電堆功率和成本都有重要影響。談起金屬雙極板的焊接技術,王力的語氣中透露出自豪:“別看現(xiàn)在我們能輕松完成金屬雙極板的自動化焊接,其實在10多年前,國內還停留在用膠條、膠水粘結金屬板的人工操作階段,效率非常低。為了提高效率,我們花了7年時間,多代技術更迭,成功引進激光焊接,生產(chǎn)效率提高5倍以上!”
深圳眾為總經(jīng)理王力(左一)正在查看焊接數(shù)據(jù)
從膠條粘結到激光焊接,從人工操作到自動化加工,正是王力帶領團隊將激光焊接技術成功應用于氫燃料電池金屬雙極板加工,實現(xiàn)了我國在該領域“從零到一”的突破。
目前,深圳眾為自主開發(fā)的金屬雙極板焊接技術能夠提升電堆功率30%,達到了國際領先水平,成本是國際平均水平的1/6～1/4。
一路蛻變與成果背后,是深圳眾為在激光焊接領域多年經(jīng)驗與技術探索的體現(xiàn),也是王力個人對于氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的熱愛與執(zhí)著。
實現(xiàn)國內金屬雙極板激光焊接“從零到一”
相比膠條、膠水粘結,激光焊接優(yōu)勢突出。激光焊接可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)制造,效率是人工膠條、膠水粘結的5倍以上。同時,減少了人工成本的投入,也解決了人工操作質量不一致的問題,能夠實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。另外,激光焊接采用母材融接,提高了金屬雙極板連接的可靠性。
2009年,被譽為中國燃料電池“搖籃”的中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱“中科院大化所”)基于金屬雙極板電堆研發(fā)設計的需要,率先意識到了該產(chǎn)業(yè)鏈條中激光焊接環(huán)節(jié)的“短板”,在全國范圍內尋求能夠實現(xiàn)金屬雙極板焊接工藝突破的團隊。從事激光焊接工藝及裝備行業(yè)多年并接連取得多項突破的王力,以及他所創(chuàng)辦的深圳眾為,引起了中科院大化所的關注。
早在2000年,機緣巧合之下王力加入了一個激光焊接創(chuàng)業(yè)團隊。這段經(jīng)歷讓王力進入到激光焊接領域,并且參與了當時國內領先的焊接工藝裝備研發(fā),積累了寶貴的經(jīng)驗。
深圳眾為總經(jīng)理王力
2006年,王力創(chuàng)辦深圳眾為,成為國內最早的工業(yè)激光從業(yè)團隊之一。在鋰離子電池鋁殼焊接技術由日本掌握的情況下,深圳眾為率先在國內實現(xiàn)了鋁、鎂及合金激光焊接工藝的突破,確立了其在業(yè)內的領先地位。
由于很早就參與到了鋰電池的產(chǎn)業(yè)制造之中,王力對鋰電池的生產(chǎn)工藝非常了解,深知鋰電池的回收是一個世界難題,如果沒有妥善回收,可能會對人類環(huán)境造成危害。“當中科院大化所的氫燃料電池研發(fā)團隊找到我的時候,我正對鋰電池的回收問題感到隱隱擔憂,所以在了解到氫燃料電池的環(huán)保特性后,就欣然決定帶領公司全面投入其中。”王力回憶道。
從2010年開始,王力帶領團隊開始了金屬雙極板激光焊接技術的探索,歷經(jīng)了五、六代技術更迭,最終在2017年完成了國內金屬雙極板焊接工藝“從零到一”的突破。同時,深圳眾為成為我國為數(shù)不多的燃料電池金屬雙極板激光焊接專業(yè)企業(yè),擁有全套自主工藝與裝備知識產(chǎn)權。
提功率、降成本,推動燃料電池國產(chǎn)化
完成“從零到一”的突破后,王力和團隊并沒有止步,而是持續(xù)深耕,為提高金屬板平整度、減小輔助區(qū)域、提升導電性能而不斷努力。
平整度是展現(xiàn)金屬雙極板焊接水平的首要因素,關系到電堆功率。王力解釋:“金屬雙極板在經(jīng)過沖壓后,材料硬力聚集在內部,在焊接時得到釋放,造成底板不夠平整。電堆由幾百片金屬雙極板和膜電極堆疊而成,如果極板不夠平整,就會減少裝堆節(jié)數(shù),進而導致電堆功率難以提升。”
2017年,深圳眾為承接了某行業(yè)龍頭企業(yè)批量焊接金屬雙極板的任務。起初,焊接平整度遠遠超出5毫米,焊接成品率也只有60%～70%,達不到客戶要求。
為了突破平整度“難關”,深圳眾為自主研發(fā)設計激光器,通過特殊工藝對激光進行調制,做了大量的工程實驗,最終將焊接平整度提升到了≤3毫米,成品率也從60%突破到了90%,實現(xiàn)了“質的飛躍”。
如今,深圳眾為焊接的金屬雙極板平整度≤2毫米,而國內普遍為3～4毫米。王力表示:“雖然只有毫米之差,但這意味著別人裝300節(jié)電堆,電池高度達到1米,如果應用眾為的焊接工藝,同樣是裝300節(jié)電堆,電池高度僅0.5～0.6米,有效提升了電堆功率。”
王力調試設備
除了平整度之外,深圳眾為還在金屬雙極板焊接方面實現(xiàn)了多項突破。例如,通過焊接工藝在設計上減小輔助區(qū)域,從而有效增大發(fā)生化學反應的性能區(qū)域,促使更多的氣體燃料參與反應,提高電堆的功率。
同時,在行業(yè)普遍采用外圍焊接實現(xiàn)密封的情況下,深圳眾為在此基礎上,還在流場區(qū)進行焊接,在國內率先實現(xiàn)通過焊接提高金屬雙極板的導電性能。
提高平整度、減小輔助區(qū)域、提高導電性能……深圳眾為通過先進的焊接工藝,實現(xiàn)了提升電堆功率至少30%。
憑借領先的技術,深圳眾為先后為上汽、新源動力、中科院大化所、愛德曼、唐鋒等國內眾多燃料電池廠商及研究機構提供焊接服務。其全套自主研發(fā)的工藝及設備,不僅推動了國內金屬板電堆的批量生產(chǎn)制造,成本也僅為國際平均水平的1/6～1/4,“焊接”起了氫燃料電池產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化生產(chǎn)的重要一環(huán)。
志同道合,加入驥翀氫能“大家庭”
在配合中科院大化所項目,以及不斷攻克金屬雙極板焊接技術的過程中,王力與驥翀氫能董事長付宇博士相識。驥翀氫能是專注于氫燃料電池電堆自主研發(fā)與生產(chǎn)的硬科技企業(yè),核心技術人員多來自于中科院大化所。
師從我國燃料電池技術的奠基者和開拓者之一衣寶廉院士的付宇,剛一接觸到氫燃料電池,就認定這是中國擺脫傳統(tǒng)化石能源依賴的機會,立志向導師學習,全身心投入到氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)化中。
在接觸中,王力被被付宇博士身上對氫燃料電池技術的執(zhí)著、勇于推動能源轉型的精神所打動,兩個懷有同樣熱情的人一拍即合,決定匯聚各自的力量,共同推動氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)化。2020年,深圳眾為正式成為驥翀氫能的全資子公司,驥翀氫能整合金屬板電堆產(chǎn)業(yè)鏈的進程邁出了重要一步,深圳眾為也在氫燃料電池的道路上更加堅定。
王力表示:“驥翀氫能在市場、技術、戰(zhàn)略等方面都給予了我們全力支持,更是讓我對氫燃料電池產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢更加明晰,堅定了我在這個行業(yè)不斷發(fā)展、創(chuàng)新的決心。”
在驥翀氫能的支持下,王力正帶領深圳眾為開發(fā)新一代金屬雙極板焊接技術,新技術將在全自動化的基礎上,實現(xiàn)工藝和設備的智能化生產(chǎn),大幅度提升生產(chǎn)效率,同時,產(chǎn)品綜合性能也將提升近30%。
