作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/25 10:32:28
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韩治昀:用乌金涂层在氢燃料行业实现逆袭

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韩治昀在调试设备。(受访者供图)

几年前,当氢燃料行业还有点“冷门”的时候,有个年轻人已经在这个领域坚持了10年,他就是常州翊迈新材料科技有限公司(以下简称常州翊迈)创始人之一韩治昀。

从2014年依托大连理工大学三束材料改性国家重点实验室成立公司,到2019年公司几乎没有订单而面临歇业,再到2021年被上海骥翀氢能科技有限公司(以下简称骥翀氢能)并购,韩治昀和团队带领常州翊迈实现逆袭,有望在2023年实现新一代涂层技术攻关。

日前,韩治昀在接受《中国科学报》采访时透露:“采用我们研发的乌金涂层,骥翀氢能MH170金属板电堆的涂层加工成本降低了60%,涂层在双极板中成本占比在70%~80%。”

氢燃料电池“难点中的难点”

据了解,电堆是氢燃料电池汽车的动力系统,通过氢氧两极的电化学反应转换成电能,在很大程度上决定了整车的性能、寿命和成本。

“如果说电堆是氢燃料电池汽车开发中最难、技术壁垒最高的环节,那么金属双极板涂层可以称为‘难点中的难点’。”韩治昀说。

金属板因其体积小、重量轻、阻气性好、量产成本低等优势,有助于提升电堆的功率密度和商业竞争力,被认为是理想的燃料电池双极板技术路线。

然而,双极板在电堆产生化学反应的过程中,起到分隔氢氧两极和传导电流、热量的作用,其表面也不可避免受到电化学反应的腐蚀。

韩治昀指出:“如果不阻止腐蚀,不仅会导致电堆的电输出性能降低,还会缩短金属双极板的寿命,进而影响电堆使用寿命,严重时甚至发生金属板穿孔,危险极大。”

涂层技术就是为了减缓、阻止电化学反应对金属双极板的腐蚀影响到金属双极板的耐久性和导电性两大重要指标,因此也成为金属双极板生产制造过程中的核心技术。

常州翊迈团队发现,一般的常规防腐材料几乎不导电,而导电材料在燃料电池酸性电化学环境下又不防腐,自然界只有金、铂等贵金属兼具防腐和导电功能,但由于价格高昂并不适合商业化应用。

韩治昀表示:“涂层技术涉及到材料、结构、工艺、设备等多个环节,看似只有几百纳米的涂层,却是一个庞大且复杂的系统工程。”

这些年来,制备兼具耐蚀、导电、低成本特性的涂层材料,成为制约金属板在燃料电池领域应用的世界性难题,进而制约了燃料电池的产业化进程。

精细化管理实现技术突破

据悉,常州翊迈的创始团队来自大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,并参与了与氢能相关的“863”项目,是我国较早进行燃料电池金属板涂层技术与装备研发的团队。

韩治昀介绍,在大连理工大学教授林国强的带领下,燃料电池双极板表面改性技术从2002年立项,到第一台连续型金属双极板涂层产业化装备与技术落地,历时20年,期间已先后开发4代涂层装备与涂层体系。

韩治昀毕业后加入大连理工大学江苏研究院,担任常州市清洁镀膜实验室主任,从研发转为工程开发。2014年,常州翊迈成立,韩治昀担任总工程师,负责将金属双极板涂层技术推向产业化。

“实验室关注底层科学逻辑,而产业化则注重精细化管理。”对于身份和角色的转变,韩治昀总结道,“产业化需要对每一个环节实现精细化管理,把细节做到极致,实现更优质的质量控制,同时把成本做到最低,这样才能获得市场的认可。”

韩治昀以常州翊迈与某燃料电池电堆龙头企业的合作为例,讲述了精细化管理的决定性作用。“我们涂层的结合力出现了问题,客户甚至提出更换供应商。”他回忆道,“当时的时间紧、任务重,我们团队通宵实验,分析了所有工艺因素,却仍旧一筹莫展。”

韩治昀团队没有放弃,而是进一步扩大分析范围至环境因素,最终发现是真空环境某元素含量超标,于是通过技术管控增强了涂层结合力。“这样不仅满足了客户的需求,我们还由此获得启发,开发出了第三代黑金刚涂层技术。”

通过精细化管理,常州翊迈不断突破,成功研发第四代乌金涂层技术。为保证燃料电池的高性能和长期稳定性,必须使用保护涂层。韩治昀向《中国科学报》介绍道,不锈钢极板镀上一层乌金涂层后,可以置于80℃、1.6伏的高强度酸性腐蚀溶液中长达5个小时,表面涂层仍安然无恙。

韩治昀指出,乌金涂层能够将燃料电池金属双极板腐蚀电流降低到5μA/cm2,使得金属双极板的高电位耐蚀性提升10倍。目前行业中相同测试环境下的双极板腐蚀电流水平为50~300μA/cm2,这意味着乌金涂层至少能够将双极板寿命提高到30000小时以上。

顶住压力,迎接行业爆发期

能够进入到涂层领域并且坚持了10多年,韩治昀认为,自己与涂层技术有着解不开的奇妙缘分。

韩治昀本科专业是无机非金属材料,虽然与材料相关关,但与涂层相差甚远。无机非金属材料属于传统行业,毕业后韩治昀和许多同学一样,进入了专业对口的传统行业工作。但韩治昀在工作中发现,传统行业技术成熟,缺乏创新性,自己难有用武之地。

2008年,韩治昀选择离职,并考取了大连理工大学金属材料专业,加入林国强课题组。随后,韩治昀开始从事金属双极板涂层技术的开发,并和团队共同创办了常州翊迈。

然而,如今急速发展的氢燃料电池行业,在当年却遭遇了很长一段时间的“冷遇”,因金属板电堆研发壁垒高、从业企业少,作为燃料电池金属双极板核心技术的涂层产业,更是少有人问津。

韩治昀回忆,2018年下半年到2019年,整个市场行情很差,常州翊迈的生存受到了来自四面八方的压力。这时候,韩治昀遇到了骥翀氢能董事长付宇。

付宇曾在中国科学院大连化学物理研究所衣宝廉院士团队工作过,与林国强团队一起开展涂层相关的研究工作,算是韩治昀的大师兄。

在导师林国强和师兄付宇的鼓励和陪伴下,韩治昀顶住了质疑和压力。近两年,在相关政策引导下,氢燃料产业终于迎来爆发期,不仅让韩治昀感叹自己的坚守是值得的,更是让他多年来积累、开发的金属板涂层技术有了用武之地。

如今的韩治昀感到:“要做的事情还很多,时间不够用。”当下对于韩治昀来说,最紧迫的事情就是开发第五代金属双极板涂层技术的开发,他正在紧锣密鼓地“招兵买马”,希望在今年年底壮大研发团队,早日实现技术攻关。

 
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