國產燃料電池企業的崛起，催生了國內膜電極市場的強勁需求，國產膜電極生產制造正在逐步向批量產業化時代邁進。

高工產研氫電研究所（GGII）統計數據顯示，2020年國內市場膜電極出貨量為3.68萬㎡，同比增長62.11%，而得益于下游市場需求的提高，近三年國內市場膜電極出貨量一直處于穩步增長態勢。

此前國內膜電極市場被國際企業所占據，近年來隨著以鴻基創能、武漢理工氫電、唐鋒能源等為代表的國內膜電極公司快速成長起來，國產膜電極的市場占有率穩步提升。在這背后，設備企業為國產膜電極邁向產業化制造和有效降本起到了重要作用。

“現階段，國內膜電極企業對MEA設備在提高產品質量、提升效率和良率的要求越來越高。”隆深機器人氫能裝備事業部總經理丁彥春告訴高工氫電，當前國產膜電極制造開始向量產階段過渡，如何保證產品制造的一致性和穩定性成為客戶最為關心的內容，整個行業正在加快轉型升級。

在助力膜電極國產裝備水平的提升和工藝難點的突破方面，隆深機器人的經驗值得行業借鑒。

自動化助推燃料電池制備技術變革

隆深機器人成立于2013年，是一家專業從事工業機器人系統集成、非標自動化設備及整線設計制造的高新技術企業。公司從2017年成立氫能裝備事業部，開始投入研發燃料電池專用設備，現有設備產品已完全覆蓋從催化劑漿料制備到電堆裝配的全生產過程，可以為用戶提供從廠房規劃到電堆成品下線的整線解決方案。

經過7年多時間的快速發展，公司已在東莞、蕪湖、長沙、十堰設立子公司，在上海、寧波、武漢等多個地區設立分公司。現階段，隆深機器人已具備成熟的膜電極（MEA）生產及檢驗小試/中試/整線設備交付能力，同時在雙極板生產、電堆裝配等方面的設備也做了大量的研究開發，可以為用戶提供質子交換膜燃料電池整線解決方案。

以其MEA全自動滿生產線為例，該產線包含漿料制備、碳紙疏水預處理線、CCM雙面直接涂布線/GDL涂布輥壓線、CCM裁切/邊框膜裁切/GDL裁切設備、MEA五合一/七合一貼合設備、尺寸檢測/瑕疵檢測/氣密性檢測設備等。

隆深機器人膜電極封裝線

在膜電極設備領域，隆深機器人解決了漿料的分散粒徑、穩定性，質子交換膜兩面直接涂布，柔性切割，MEA五合一卷對卷貼合，高效的瑕疵檢測、氣密性檢測等幾大難題。

此外，隆深機器人膜電極自動化生產線最大的特點就是實現了可柔性生產，可以根據客戶的需求來決定設備的自動化生產能力，這對于燃料電池制備技術來說，無疑是一次重大的變革。

截至目前，隆深機器人現已為國內某客戶成功研制開發出國內先進膜電極全自動化生產線。該產線包含漿料制備、碳紙疏水預處理線、CCM雙面直接涂布線/GDL涂布輥壓線、CCM裁切/邊框膜裁切/GDL裁切設備、MEA五合一/七合一貼合設備、尺寸檢測/瑕疵檢測/氣密性檢測設備等。

MEA多樣化制備方案解決行業痛點

與3C、汽車領域相對成熟的生產及工藝路線相比較，處于探索初期的氫能源設備自動化則更顯非標定制的難點，處于不同發展階段的客戶對于膜電極設備的需求也存在很大的差異。

如何選擇合適的工藝，是用于研發產品還是批量化生產制造？為此隆深機器人針對不同的需求，開發了MEA多樣化制備解決方案。

從目前行業主流的直涂、轉印和噴涂三大工藝來看，各有自己的優缺點。

若采用直涂，因為涂層濕膜是一次成型，當漿料粘度過低時（＜50cps），涂層表面樹脂含量偏高，底層鉑碳顆粒含量偏高；面層與氣體擴散層接觸，電子傳導能力不足，如果樹脂層致密嚴重甚至會阻礙氣液傳導；催化劑顆粒更富集在涂層底部，影響質子傳導，又因為沒有充足的氣體供應，催化反應會受到影響。

轉印工藝與直涂工藝得到的催化層恰恰相反，鉑碳顆粒富集在催化層的表面，與氣體擴散層接觸，增強了電子傳輸能力，氣體傳輸通暢，催化反應加強。樹脂富集層與質子膜接觸，質子傳導能力更強。

噴涂同樣適合低粘度漿料，涂層厚度可任意控制，且噴涂對漿料的調配要求簡單，幾乎不需要考慮漿料分散技術。但是噴涂工藝的效率太低、漿料浪費嚴重、難以實現雙面斑馬涂（因為遮膜的對位問題）。

隆深的解決方案是，通過對漿料進行增稠處理和狹縫涂布相結合的形式解決上述難題。實驗結果表明，漿料粘度500~800cps時，采用狹縫直涂，分溫區快速烘干，鉑碳顆粒不會沉淀堆積，催化層得以獲得更良好的水氣通道，質子和電子傳導良好。采用狹縫直涂，效率高、節省漿料、可實現雙面斑馬涂。

此外，針對不同客戶的需求量大小，隆深機器人在膜電極的貼片工藝方面也進行了不同的區分。

“MEA日產能需求小于1500片時，采用片對片貼合，產品換型簡單，設備適應能力強。“丁彥春認為，對于試驗/小試/中試線來說，片對片貼合工藝更為適合，而卷對卷貼合工藝生產效率較高（6pcs/min），對邊框有要求，更適合量產產線。

現階段，針對不同MEA客戶在不同發展階段的特定需要，隆深機器人重點開發了MEA試驗線生產設備和MEA工業化生產設備2大類產品矩陣，分別對應客戶在試驗中試期和批量生產期的需求。

在MEA試驗線生產設備方面，高速分散機、平板涂布機、精密裁切機、五合一貼合機、七合一貼合機、氣密檢測機等設備適合研發和小批量中試；在MEA工業化生產設備方面，催化層卷材雙面直接涂布機、催化層片材雙面直接涂布機、MEA熱轉印設備、MEA封裝檢測線、電堆裝配自動化整線等能滿足客戶對于批量化生產的需求。

眼下，國產膜電極涂布工藝在經歷了第一代“雙面轉印”與第二代“陰極直涂陽極轉印”之后，工藝仍然有發展和提升的空間。效率更高的雙面直涂工藝正在被越來越多企業接受，成為未來批量化生產的主流方向。

隆深機器人將會同燃料電池企業一起努力，不斷提升工藝和制造水平，為推動國產膜電極的智能化生產和有效降本做出貢獻。

責任編輯：lq