制氫電解槽賽道在近兩年迎來一眾央企國企、新能源企業及其他勢力入局,開啟了產品核心性能參數、訂單等方面的角逐競爭。為提高交付能力、搶占市場先機,各大企業積極新建產線擴大產能,幾大頭部堿性制氫裝備企業規劃產能均已達1.5-6GW,PEM制氫裝備企業規劃產能則在1GW左右。
產線設備廠商作為綠氫產業淘金路上的“賣鏟人”,迎來明確市場增量。
當前電解槽產線呈現哪些特點,將如何發展?國內有哪些主流產線設備供應商?本文通過梳理和分析,嘗試對上述問題做出回答,僅供參考。
訂單上揚,電解槽生產邁向自動化、精益化
“今年電解槽業務率先迎來爆發式增長,一方面來自制漿、涂布、封裝、堆疊、測試臺等PEM電解槽整線設備,另一方面堿性電解槽極板焊接清洗、堆疊設備已實現訂單突破。”一家設備企業表示。
“公司今年開始正式切入制氫電解槽設備領域,圍繞堿性電解水制氫開發了系列產品,目前電極網切割、電極網焊接、極框焊接等專機設備已完成小批量交付,客戶認可度較高。”另一家設備企業也透露。
以世椿新能源、隆深氫能、氫導智能、魔方氫能源、嘉拓智能、航天華陽、華工激光、博輝特、蘇州華氫匯、新松機器人等(本文排名均不分先后)為代表的產線設備商今年在制氫電解槽產線領域的訂單量均出現明顯上升。
其中根據企業自身業務不同,在電解槽產線裝備領域開發的側重點也有所差別。
PEM電解槽和燃料電池在90%左右的制程上有相似性,均包括制漿、研磨、涂布、封裝、堆疊、組裝等環節。以世椿新能源、隆深氫能、氫導智能、魔方氫能源、嘉拓智能、航天華陽、格銳特機械等為代表的產線設備商依托燃料電池領域成熟的生產經驗,可以快速切入PEM電解槽產線設備領域,并不斷開拓其他如堿性隔膜涂布、AEM膜電極制備等更多制氫路線的產線應用。
如隆深氫能在電解水制氫設備方面做了針對性的開發,2023年以來,公司推出一系列PEM電解槽膜電極相關的設備,建立起PEM電解槽從材料到成堆裝配的全鏈裝備矩陣,并完成AEM電解槽膜電極CCS和CCM兩種制備工藝的小試設備的交付。
氫導智能針對PEM電解槽MEA制備制漿研磨、涂布、封裝和電堆堆疊技術特點和難點,研發了專為電解水涂布開發制漿-研磨一體機、桌面狹縫涂布機、陽極涂布機、高兼容度雙面轉印設備、成品裁切設備、電解槽組裝產線、電解槽測試設備等。
世椿新能源針對電解槽生產工藝提供電解槽點膠機、電解槽膜電極封裝機、電解槽電堆組裝壓機和電解槽電堆組裝生產線等。
魔方氫能源已經開發出PEM電解槽產線裝備,并在今年向客戶實現交付。相信這在未來將是公司一大重要的業績增長點。
嘉拓智能以涂覆專業為主,一方面研發了水電解制氫CCM狹縫直涂設備,另一方面突破堿性隔膜涂布設備技術,應用領先。
航天華陽研究開發出了氣體擴散層、膜電極、堿水制氫隔膜等關鍵材料生產裝備技術解決方案,并達到量產功能。在燃料電池膜、水電解制氫膜、液流電池膜均有量產線的案例,同時可以提供AEM膜、均質膜等生產線。
格銳特機械也推出了電解水膜電極噴涂機、堿性電解水隔離膜涂布機等。
堿性電解槽正在經歷從人工+輔助設備的生產模式向半自動化的轉變,以焊接、切割、組裝、鎖緊等為代表的生產流程需要用到大型機械設備、激光設備等,目前該應用案例較多有博輝特、華工激光、蘇州華氫匯、新松機器人等企業。
其中華工激光在堿性電解槽產線方面的產品有電極網切割、電極網焊接、極框焊接專機設備等;其堿性電解槽手動線、全自動生產線現已完成基本的產品打造,正在準備后續進行市場推廣;智能制造解決方案已與多家行業龍頭客戶達成項目對接,并參與多項重要招標。
整體看來,目前堿性電解槽的切割、焊接、裝堆,PEM電解槽的CCM涂布、膜電極封裝、電解槽堆疊等工藝段是設備企業入局較多的領域。
無論是堿性電解槽還是PEM電解槽都開始啟用半自動、自動化設備,在提升生產效率的同時,設備廠商在其他領域的成熟經驗也可以助力電解槽向規范化、精益化進階。
解決痛點,持續解鎖更多工藝段
“氫電設備產業的發展與鋰電不同的是,一上來就是高起點,創新的速度更快。就嘉拓而言,我們下一步提的指標在效率上已經超越了國際同行的一些水平。氫電產業的創業者們很多都是高學歷,很多是海歸,或者有更高的技術層次,對行業有更深的理解,這一點與鋰電是有差異的地方,我們也相信氫電的未來會更好。” 嘉拓智能副總裁周研在總結氫電行業設備應用生態時表示。
針對電解槽產品特點和現階段發展需求,產線設備商們也有著更深的理解。
PEM電解槽生產加工的痛點在于材料成本高、尺寸大、市場體量小,對設備生產的良率、生產靈活性要求更高。
“比如電解水MEA制備最關鍵的一步涂布,目前體量較小的情況下片裝式涂布的應用較多,可以兼容實驗室研發和量產,更好給客戶提供樣品,甚至組個短堆都是沒有問題的。”其中一家產線設備商分享道。同時,針對對涂布模頭、管路等進行優化和設計,可以降低氧化銥貴金屬沉降,提升漿料的利用率。
另一方面,“隨著PEM電解槽單槽產氫量持續向300、400標方或者更高躍升,膜電極活性面積持續走高,對涂布、轉印、堆疊等一系列生產工序的難度要求更高,高精度自動化產線對PEM電解槽成品的可靠性意義重大。”隆深氫能總經理丁彥春表示。
堿性電解槽方面,雖然堿性電解槽在國內有著超50年的發展史,但此前多應用在半導體、多晶硅、冶金等領域,而且是小規格、小規模出貨,因此主要是人工+輔助設備的生產模式。
傳統生產模式存在著加工環節存在人力成本高、安全風險高;手工為主,效率低精度差;專機專用多型號無法匹配;人工點檢誤無實時數據反饋的等痛點,邁向規模化生產的設備需要進一步向無人化、自動化、智能化、柔性生產進化。
“目前的解決思路主要包括極框加工自動上下料實現無人化作業、極板自動焊接形變控制、極框實現多品種自動化切換柔性生產、安全,高效,節能,數字化生產等。”華工激光指出。
結合實際來看,目前是堿性電解槽的單槽產氫量同樣在持續走高,尺寸差異很大,因此電解槽廠商在選擇時更傾向建設半自動產線,電極網切割、電極網焊接、極框焊接、翻轉、桁架、組裝等專機設備的需求增長較為明確。
此外,多家產線設備供應商反映,正在針對制氫領域開發更多工藝段的設備,包括上游材料的制備產線,以及其他制氫路線產品的生產裝備等。
結語
曾有業內人士形容道,氫能產業的“卷”每年都有不同的故事。放眼當下的電解槽賽道,其競爭邏輯也在悄然發生變化,應用規模的擴大將持續對參與企業的技術創新、生產優化、流程管理等能力提出考驗。在產線設備企業的助力下,電解槽自動化、精益化生產的大門正在打開。