把金屬雙極板放置到全自動化的激光焊接設(shè)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(diào)試一臺焊接設(shè)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(shù),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(nèi)還停留在用膠條、膠水粘結(jié)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(shù)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(jié)到激光焊接,從人工操作到自動化加工,正是王力帶領(lǐng)團隊將激光焊接技術(shù)成功應(yīng)用于氫燃料電池金屬雙極板加工,實現(xiàn)了我國在該領(lǐng)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(shù)能夠提升電堆功率30%,達到了國際領(lǐng)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(lǐng)域多年經(jīng)驗與技術(shù)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(nèi)金屬雙極板激光焊接“從零到一”
相比膠條、膠水粘結(jié),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(jié)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(zhì)量不一致的問題,能夠?qū)崿F(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(shè)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(nèi)尋求能夠?qū)崿F(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(guān)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(lǐng)域,并且參與了當時國內(nèi)領(lǐng)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(nèi)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(shù)由日本掌握的情況下,深圳眾為率先在國內(nèi)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(nèi)的領(lǐng)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(lǐng)公司全面投入其中。”王力回憶道。
從2010年開始,王力帶領(lǐng)團隊開始了金屬雙極板激光焊接技術(shù)的探索,歷經(jīng)了五、六代技術(shù)更迭,最終在2017年完成了國內(nèi)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(quán)。
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(guān)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(nèi)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(wù)。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(guān)”,深圳眾為自主研發(fā)設(shè)計激光器,通過特殊工藝對激光進行調(diào)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(zhì)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(nèi)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(yīng)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(diào)試設(shè)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(shè)計上減小輔助區(qū)域,從而有效增大發(fā)生化學反應(yīng)的性能區(qū)域,促使更多的氣體燃料參與反應(yīng),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(chǔ)上,還在流場區(qū)進行焊接,在國內(nèi)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(lǐng)先的技術(shù),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(nèi)眾多燃料電池廠商及研究機構(gòu)提供焊接服務(wù)。其全套自主研發(fā)的工藝及設(shè)備,不僅推動了國內(nèi)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(shù)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(shù)人員多來自于中科院大化所。
師從我國燃料電池技術(shù)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?qū)煂W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(shù)的執(zhí)著、勇于推動能源轉(zhuǎn)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(shù)、戰(zhàn)略等方面都給予了我們?nèi)χС?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(lǐng)深圳眾為開發(fā)新一代金屬雙極板焊接技術(shù),新技術(shù)將在全自動化的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)工藝和設(shè)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%。
