氢听剧场：褚家宝——金属极板涂层和装备产业化探索

博士/总经理

General manager,doctor

上海福宜氢能实业发展有限公司

Shanghai Full-E hydrogen industry development Co., Ltd.

褚家宝

Chu Jiabao

金属极板涂层和装备产业化探索

Study on coating and equipment industrialization of metal bipolar plate

       褚家宝：各位专家，各位同仁上午好。我是上海福宜氢能实业发展有限公司的褚家宝。我和大家分享一下我们公司最近在双极板涂层和装备方面做的一些产业化的探索。

       氢能这一年发展非常快，关键问题就是各个核心部件的专业技术，如双极板、交换膜、催化剂。还有一个是成本，如何做到高效高性能低成本，这是我们做双极板涂层的一个挑战。目前双极板方面成本基本上还在每片300—400元，一辆车要400片，要十几万的成本很多人承受不了，所以我们目标是降到二三十元每片。

      对比石墨双极板，金属双极板有几个明显优势，导电性、散热性好，易加工，零渗透率，低成本。需要提升哪一点？就是要提高它的耐腐蚀性。

     我们用的技术主要是表面涂层的技术，按照现在双极板的尺寸，做贵金属的金、铂，这种成本可能要300到500元钱，很多企业承受不了。最佳路线是石墨，就是碳涂层。福宜涂层测试，在80℃的时候腐蚀电流能够做到0.2μA/cm²，接触电阻3mΩ*cm²。

      现在介绍一下镀膜装备。做Pvd涂层走国产化设备路线的优势在于价格低，后续配套服务、设备升级等更加方便。我司明年规划建立大规模生产线，有希望达到双极板二三十元的成本需求。

      我大学、硕士毕业于兰大，博士毕业于华东师范大学，最早是做薄膜太阳能电池，2007年2008年国内很多公司引进国外设备，当时叫山东孚日股份，它当时引进德国的设备，投资13个亿元，设备8个亿，现在设备2000万都处理不了，还在库房放着。所以新行业发展初期，有好多公司冒进，这是有很大风险的。

      福宜真空成立于2001年，当时我在中国科学院是想做薄膜太阳能电池的产业化。但是做调研以后发现国外设备投资起步都在10个亿，国内设备达不到这个要求，所以2011年我成立福宜真空。当时叫福宜新能源，2013年的时候因为行业发展需要，把业务扩展，包括耐腐蚀涂层、光面涂层等，改名叫福宜真空。2016年注册福宜纳米薄膜技术有限公司，做传感器，高温薄膜铂电阻。2018年注册福宜氢能，做氢能双极板涂层和装备。

      现在公司40多人，公司发展得到上海市很大的支持。我们先后承担了上海市4000万的研发经费，厂房基本上是上海市政府提供的，免费提供11年，这在国内基本上没有的。我们现在用2000多平方，明年再给我们一个4000平米，上海在这方面的支持力度也是非常大的。

      我们的技术，我以前是在科学院上海微系统与信息技术研究所做这个薄膜太阳能，所以这个薄膜材料、光面方面材料和微系统研究所合作比较多，包括做的传感器，这个传统材料通过引进。我们一直跟真空镀膜、PVD打交道。我最早接触这个技术是1989年，当时我读研究生接触磁控溅射，当时向世界银行贷款，日本一台很小的设备80万美元，在上个世纪80年代。但是现在这个行业已经非常普及，所以这个行业核心技术这个设备我们可以自己国产化。

      我们公司成立到现在，有十几台PVD涂层工艺研发装备，拥有完善测试分析设备。

得到的奖项，有二三十项发明专利。这是我们有几个合作的教授，武蕴忠教授，他是我们所第一室的主任，也是传感器行业的创始人。他是高温传感器我们国家真正的第一发明人，“十一”前他得到了国家一个奖章，突出贡献奖章，现在高温薄膜铂电阻传感器我们已经开始小批量量产了。上海许多高校，包括交大、华东师大等和我司有很多紧密的合作关系。

      我们做很多高端刀具模具的涂层，还有一个自主开发的技术在微小颗粒上，微粉颗粒上做涂层，未来想在催化剂上应用，我们和清华王诚教授在这方面做一些合作、探索。

      真空镀膜设备我们目前大的有两米六高的，明天我会去成都，我们这个设备要再放大，要做到6米高，可以做4米长部件镀膜，给核电站反应堆华龙一号阀芯做耐腐蚀涂层，这是要求非常高的，在1200度高温高压环境下的耐腐蚀。

我们还做了很多科研设备，关键我们设备上面的核心部件，包括各种阴极、离子源，全是我们公司自主研发。我们主要在这方面做优化，包括电磁、永磁的复合，做很多这方面的工作。这是在氢能方面的测试分析设备，这是去年10月份到北京跟衣宝廉院士做涂层方面的交流。

后面重点介绍一下双极板涂层工艺，为什么要这样做。碳导电好、耐腐蚀，怎么把这个碳保护好，做成双极板，介绍一下主要的工艺。我们做这个碳涂层其实有几个工艺，CVD做要高温，容易引起双极板的变形；PECVD做，可以低温冲击，但是附着力差，做出来导电性不会太好；只用磁控溅射它会有柱状，贯穿性的缺陷，腐蚀性很难解决；阴极电弧做，需要材料导电导热，但是导电不能太好。所以我们现在在开发一种高频脉冲技术，这可以和磁控结合用在双极板，用下一代的产品上。它适合大批量生产，降低成本，导电性能非常好，导电性能可以做到1毫欧/平方厘米。

      所以现在我们用什么模式？两个方案。一个是用单室采用磁控溅射和PECVD结合，用这样的方式，成本比较高，成本可能需要一两百元。后面我们会推出连续线形式的，我们采用三维转架，可以实现PVD和PECVD的复合，真正达到导电性好耐腐蚀的要求，且这个成本低至二十三十元。

      这是我们一些工作状况，用高能离子打底，用磁控溅射不会产生缺陷。我们做了一个附着力的测试，在陶瓷上金属层焊接铜丝做拉力实验，陶瓷拉裂，膜层不脱落，确保这个涂层的附着力明显改进。

      这是测试曲线，现在2号配方接触电阻是3个毫欧，耐腐蚀做到0.2微安，这个指标是非常高的。右边是大连化物所张老师测试，这个测试写的是160度，实际测试是180度。他还在测量，可以用到甲醛冲能这方面。这是一个非常好的一个指标。

      我们公司利用现有的优势，结合同行，配合业界。如果需要双极板，压低成本，不做前期技术积累，马上追求成本拼价格，不考虑性能，有可能会走很多弯路。所以我们先确保技术优势，先达到一万小时甚至以上的技术要求。行业起来了，随着规模增大，成本自然会下降，目标一定会能做到二三十元每片，感谢大家！