關鍵詞：環(huán)氧膠水，導電膠水，導電膠粘劑，膠接工藝，膠粘技術

引言：2022年3月23日，國家發(fā)改委發(fā)布《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，提出到2025年，形成較為完善的氫能產業(yè)發(fā)展制度政策環(huán)境，產業(yè)創(chuàng)新能力顯著提高，基本掌握核心技術和制造工藝，初步建立較為完整的供應鏈和產業(yè)體系。規(guī)劃當中明確了氫的能源屬性，確認氫是未來國家能源體系的重要組成部分，要充分發(fā)揮氫能清潔低碳特點，推動交通、工業(yè)等用能終端和高耗能、高排放行業(yè)綠色低碳轉型。

氫燃料電池的優(yōu)點是令人難以想象的 ,如果使純氫氣, 它的生產產物只有水, 無污染、無噪聲 、效率高 、響應性好等。氫燃料電池不但在汽車上可作為汽車的綠色動力源,而且在工業(yè)上也可作為一個大型氫燃料發(fā)電站 , 前景是不言而喻的。整個氫能系統(tǒng)技術中的燃料電池 ,被加拿大著名科學家斯科特比喻為能源系統(tǒng)的“芯片” ,即能源供應中起著重要的關鍵作用 ,它進而延伸至整個國民經濟和社會發(fā)展, 以及人民生活中起著不可或缺的重要作用。

我國氫燃料電池汽車の發(fā)展狀況

中國氫燃料電池汽車發(fā)展歷程：規(guī)劃提出，2025年，我國氫能產業(yè)基本掌握核心技術和制造工藝，燃料電池車輛保有量達到5萬輛左右，部署建設一批加氫站，可再生能源制氫量要達到10萬~20萬噸/年，實現二氧化碳減排100萬~200萬噸/年。到2030年，形成較為完備的氫能產業(yè)技術創(chuàng)新體系，清潔能源制氫及供應體系，有力支撐碳達峰目標的實現。到2035年，實現百萬輛的氫能燃料電池汽車上路行駛，形成氫能多元應用生態(tài)，可再生能源制氫在終端能源消費中的比例明顯提升。到2050年與純電技術共同實現汽車的零排放。我國氫能燃料電池汽車發(fā)展歷程將經過三個階段：第一階段：在2020年初步實現氫能燃料電池汽車的商業(yè)化應用，商業(yè)化規(guī)模達到1萬輛，投入運營的加氫站100座，在北京、上海、鄭州、武漢、成都、張家口、佛山等全國多個大中小不同的城市，以公共交通、倉儲物流為主要的業(yè)務，開展商業(yè)化示范運行，累計運行要達到1億公里。第二階段：到2025年，加快實現氫能及燃料電池汽車的推廣應用，以公共服務用車的批量應用為主，基于現有的儲存、運輸和加注的技術，在150公里的輻射范圍內，因地制宜地推廣氫能燃料電池技術，通過優(yōu)化燃料電池系統(tǒng)的結構，加速關鍵零部件的產業(yè)化，大幅度降低燃料電池系統(tǒng)的成本，車輛的保有量要達到5萬~10萬輛。第三階段：2030年到2035年，要實現氫能及燃料電池技術的大規(guī)模推廣應用，大規(guī)模的氫的制取、儲存、運輸、應用達到一體化，加氫站的現場儲氫、制氫規(guī)模的標準化和推廣應用也到一定的程度，要完全掌握燃料電池核心關鍵技術，建立完備的燃料電池的材料、部件及系統(tǒng)的制備能力。

他山之石：2030年韓國或實現氫、電乘用車價格相當：在此過程中，氫能燃料電池汽車技術的發(fā)展對規(guī)劃落地將起到關鍵作用。此前，韓國、美國、日本是全球氫燃料電池汽車推廣應用的核心國家，與其燃料電池汽車技術能力水平高度相關。以韓國現代為例，1998年現代汽車集團成立了氫燃料電池研發(fā)小組，于2007年成功獨家開發(fā)燃料電池系統(tǒng)，并于2013年裝車“途勝ix FCV”銷往全球18個國家。2018年，現代汽車發(fā)布第二代氫燃料電池車NEXO，具備當前氫燃料電池車最高續(xù)航里程，可達800公里（NEDC工況）；現代汽車集團全球首個大型氫燃料電池系統(tǒng)工廠預計2022年12月于廣州投入使用。從性能來看，目前正處于研發(fā)階段的韓國現代第三代氫燃料電池系統(tǒng)將取代NEXO現有的氫燃料電池系統(tǒng)，擁有100kW和200kW兩種功率規(guī)格版本，計劃于2023年推向市場。相比當前的氫燃料電池系統(tǒng)，新一代100kW氫燃料電池系統(tǒng)尺寸減小30%，使其更容易適用于不同的車型和應用領域。200kW規(guī)格版本與NEXO的氫燃料電池系統(tǒng)尺寸相近，但輸出功率提升至2倍。2018年，NEXO搭載的第二代氫燃料電池系統(tǒng)實現了與內燃機車型相當的5000小時和16萬公里質保。而第三代氫燃料電池針對乘用車領域的開發(fā)目標是質保達到50萬公里，同時價格相比第二代氫燃料電池系統(tǒng)降低了50%以上。這是實現2030年氫燃料電池車（FCEV）在價格競爭力上媲美純電動汽車（BEV）目標的關鍵因素。目前，現代汽車集團已經發(fā)布了“氫能愿景2040”，致力于在2040年前實現氫能普及至“每個人、每件事、每一處”的目標，中國將是其戰(zhàn)略落地的重要組成部分。2028年，現代汽車將率先成為全球首個旗下所有商用車型均搭載氫燃料電池系統(tǒng)的汽車制造商。

中國氫燃料電池汽車全球市場占比僅17%：中國氫燃料電池汽車的市場快速起步，商業(yè)化進程基本上符合預期，“我們也走出了中國特色的發(fā)展路徑”。自2016年路線圖1.0發(fā)布以來，到2021年，國內累計生產燃料電池汽車超過1萬輛，已經超過了路線圖1.0當時預設的5000輛的目標。同時，中國達到了路線圖2.0修訂后的8000~10000輛的目標，累計銷售量從2017年的1000輛增加到了2021年的8600輛，5年間增長了8倍，與韓國、美國、日本成為了全球氫燃料電池汽車推廣應用的核心國家。王賀武認為：“我們達到了上限，商業(yè)化進程基本上是符合預期的。我國氫燃料電池汽車的數量大概占到全球總量5萬輛的17%，市場發(fā)展與路線圖的研判路徑基本上是吻合的?！眹鴥热剂想姵匕l(fā)展還有一個突出特點，即近五年主要是商用車（客車和卡車）。統(tǒng)計數據顯示，到2021年年底，國內推廣的客車和貨車分別達到4100輛和4400輛，但乘用車較少，可能不足100輛。

氫燃料電池汽車

一

什么是氫燃料電池？

氫燃料電池指的是氫通過與氧的化學反應而產生電能的裝置（單純依靠燃燒氫來驅動的“氫內燃機”，也曾出現過，比如寶馬的氫能7系）。氫燃料電池車的驅動力來自于車上的電動機就像純電動車一樣，因此氫燃料電池車可以理解為一輛“自帶氫燃料發(fā)電機的電動車”。燃料電池是一種能量轉化裝置，它將燃料的電化學能轉化成電能。它類似于電池一樣也是電化學發(fā)電裝置，因此被稱為燃料電池。對應的采用氫氣作為燃料的燃料電池就是氫燃料電池。它可以理解為水電解成氫氣和氧氣的逆反應。因為它不受傳統(tǒng)發(fā)動機采用卡諾循環(huán)42%左右的熱效率限制。氫燃料電池的效率可輕松達到60%以上。因此反應過程既清潔，又高效。

氫燃料電池汽車示意圖（圖源網絡）

二

氫燃料電池工作原理

在燃料電池堆棧里，進行著氫與氧相結合的反應，其過程中存在電荷轉移，從而產生電流。與此同時氫與氧化學反應后正好生成水。燃料電池堆棧作為一個化學反應池，其最為關鍵的技術核心為“質子交換薄膜”。在這層薄膜的兩側緊貼著催化劑層，將氫氣分解為帶電離子狀態(tài)，因為氫分子體積小，攜帶電子的氫可以透過薄膜的微小孔洞游離到對面去，但是在攜帶電子的氫穿越這層薄膜孔洞的過程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質子通過薄膜到達另一端。氫質子被吸引到薄膜另一側的電極與氧分子結合。薄膜兩側的電極板將氫氣拆分成氫離子正電和電子、將氧氣拆分 成氧原子以捕獲電子變?yōu)檠蹼x子（負電），電子在電極板之間形成電流，2個氫離子和1個氧 離子結合成為水，水成為了該反應過程中的唯一“廢料”。從本質來講整個運行過程就是發(fā) 電過程。隨著氧化反應的進行，電子不斷發(fā)生轉移就形成了驅動汽車所需的電流。

氫燃料電池工作原理是氫氣通過燃料電池的正極當中的催化劑（鉑）分解成電子和氫離子（質子）。其中質子通過質子交換膜（Proton Exchange Membrane）到達負極和氧氣反應變成水和熱量。對應的電子則從正極通過外電路流向負極產生電能。

氫燃料電池工作原理（圖源網絡）

三

氫燃料電池的結構組成

電堆由多個單體電池以串聯方式層疊組合而成。

單體電池是由雙電極板與膜電極(MEA-催化劑、質子交換膜、GDL)組成。

若干單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構成燃料電池電堆。

燃料電池電堆圖示（圖源網絡）

其中氣體擴散層GDL通常由碳纖維紙或者碳纖維布組成，主要起到傳質，導電，傳熱，支持催化層，導水的作用。

節(jié)能環(huán)保性能優(yōu)越：縱觀氫燃料電池整個運行過程中，除了消耗氧氣和空氣之外，沒有其他的能源消耗，沒有加油也沒有充電，節(jié)能性能毋庸置疑。同時，氫燃料電池堆棧在生產電能的過程中只產生水，因此其最大的優(yōu)勢就是真正的實現了“零排放”目標。

容易實現：燃氫發(fā)動機的實用化相對容易實現，傳統(tǒng)內燃機結構只需稍加的改動就可以燃用氫氣，而且可以充分利用全球現存的車用發(fā)動機生產線路和配套設施，因此是車用發(fā)動機氫能應用解決方案中最具經濟性和使用最廣泛的。此外，氫內燃機對氫燃料純度的要求也沒有燃料電池那么苛刻，并且在內燃機應用方面，傳統(tǒng)的汽車廠商已經擁有了大量的經驗。

燃料補充時間與燃油車相當：氫燃料電池車加注氫氣的過程非?？焖俦憬?，專用的加氫設備僅需3分鐘即可充滿氫原料，相對于純電動車超長的充電等待時間而言，其優(yōu)勢是顯而易見的。

氫燃料電池石墨雙極板工藝制程の紹介

氫燃料電池堆里面的核心部件雙極板，主要材料有三種，石墨雙極板，金屬雙極板，還有復合材料雙極板。雙極板與膜電極組成了電堆，最后組裝成燃料電池動力系統(tǒng)，如下圖。

（燃料電池主要工藝流程）

石墨雙極板可以采用模壓，也可以采用機加工，不過原材料略有區(qū)別。以下給大家介紹的是機加石墨雙極板（硬質石墨）的生產工藝流程，各個廠家的實際工藝可能略有不同。

石墨塊開料>切片>將石墨板投入浸漬主壓力爐中>抽真空至-0.08MPA（2小時）>將副浸漬爐中樹脂抽入主壓力爐中>向主壓力爐中加壓至0.3MPA 8小時>取出石墨板>將石墨板放入烤箱中（120℃下，11小時；130℃下，0.2小時；）>取出冷卻至室溫>極板流道雕刻>陽極板密封槽絲印>陰、陽極板粘接，嵌入電極片>放入烤箱150℃下1小時。其中：副壓力浸漬爐中將浸漬劑與固化劑1:1混合，投入副壓力浸漬爐中。

氫燃料電池電堆都是由成百片的單電池串聯起來，每個單電池都是由雙極板和膜電極組成，膜電極與雙極板之間采用密封膠密封起來，分隔成獨立不同的腔室，保證每個腔室不泄漏。

1、雙極板采用點膠模式，在雙極板上進行點膠。點膠工藝簡單、靈活；2、雙極板采用膠圈密封，膠圈粘在雙極板上；3、雙極板采用開模注膠密封，直接在雙極板上注膠；4、在膜電極采用注膠密封，直接在膜電極上注膠。

氣場密封工藝常有的以下幾種：1、點膠機點膠+硅膠膠水，水場粘接工藝可以采用絲網印刷+環(huán)氧體系膠水；2、環(huán)氧TBF; 3、涂膠。

氫燃料電池質子交換膜の紹介

根據轉換過程中使用的電解質，共有幾種不同類型的燃料電池。其中，質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，英文簡稱PEMFC)已經成為用于燃料電池車輛的首選技術。

質子交換膜外觀

質子交換膜(Proton Exchange Membrane，PEM)作為氫燃料電池核心部件，其質量好壞直接影響電池的使用壽命。氫氣與氧氣進行非燃燒的氧化還原反應，通過催化劑實現電子與離子分離，氫離子可以直接穿過質子交換膜到達陰極，而電子只能通過外電路才能到達陰極，電子通過外電路流向陰極時就可產生直流電。

單電池示意圖

單電池結構示意圖,PEM質子交換膜

我們通常說的膜電極( Membrane electrode assembly)，MEA主要由氣體擴散層(gas diffusion layer，GDL)、催化層(catalyst layer，CL)和質子交換膜(proton exchange membrane, PEM)組成。

MEA 膜電極實物圖

氣體擴散層GDL 通常由碳基材（例如復寫紙）和微孔層組成。涂有催化劑的膜由覆蓋有兩個催化劑層的質子傳導膜組成——該膜通常由全氟化磺酸 (PFSA) 制成。

膜電極工作示意圖

催化劑氧化氫分子并分離電子和質子。然后質子可以選擇性地通過質子交換膜 (PEM) 從陽極移動到陰極，而電子不能通過膜，將被迫通過外部電路，從而產生電流。在此過程中會產生H 2 O 和熱量作為副產品。

根據氟含量，可以將質子交換膜分為全氟質子交換膜、部分氟化聚合物質子交換膜、非氟聚合物質子交換膜、復合質子交換膜。其中，由于全氟磺酸樹脂分子主鏈具有聚四氟乙烯（PTFE）結構，因而帶來優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和較高的力學強度；聚合物膜壽命較長，同時由于分子支鏈上存在親水性磺酸基團，具有優(yōu)秀的離子傳導特性。非氟質子膜要求比較苛刻的工作環(huán)境，否則將會很快被降解破壞，無法具備全氟磺酸離子膜的優(yōu)異性能。

典型的 PFSA 離聚物基膜的分子結構由兩個區(qū)域組成，PTFE 主鏈提供化學/機械/熱穩(wěn)定性，親水性全氟醚側帶有參與質子傳輸過程的磺酸 (-SO 3 H) 基團。

氫燃料電池中使用的質子交換膜大多采用全氟化聚合物材料合成。這種材料具有穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)勢，但開發(fā)和生產難度很大，制造成本過高、售價昂貴，國產化程度低。燃料電池質子膜是一種固體聚合物電解質，具有優(yōu)良的耐熱性能、力學性能、電化學性能以及化學穩(wěn)定性能，可在強酸、強堿、強氧化劑介質等苛刻條件下使用。質子膜制備的燃料電池可廣泛應用于乘用車、商用車、叉車、無人機、備用電源、便攜式發(fā)電機、供家庭和商業(yè)建筑使用的熱電聯產系統(tǒng)等。

膠水（膠粘劑）技術原理の簡介

雙面膠帶

一

定義

雙面膠帶是以紙、布、薄膜、泡棉等為基材，再把膠粘劑均勻涂布在上述基材兩側表面上而制成的卷狀膠粘帶，是由基材、膠粘劑、隔離紙（離型膜）三部分組成。根據基材的不同，有些基材在涂膠前需進行表面處理。由于基材及膠粘劑的選材廣泛且能進行不同的組合，故雙面膠帶的種類比其他類型的膠帶種類更多。雙面膠帶主要用途是把兩個物件表面(接觸面)粘貼在一起，根據實際要求分為臨時固定及永久粘接。

二

結構

膠帶可以粘東西是因為它表面上涂有一層粘著劑的關系！最早的粘著劑來自動物和植物，在十九世紀，橡膠是粘著劑的主要成份；而現代則廣泛應用各種聚合物。粘著劑可以粘住東西，是由于本身的分子和欲連接物品的分子間形成鍵結，這種鍵結可以把分子牢牢地黏合在一起。

氫燃料汽車電池對粘接的特殊要求

1、強粘結力；

2、高耐溫性；

3、高絕緣性；

4、耐酸堿；

5、精準貼合；

6、操作方便；

7、厚度要求；

8、其他。。。。。。