燃料电池金属板能否保持高导电性、低电阻率以及高寿命,涂层至关重要,在众多生产涂层设备的厂家中,上海福宜是国内目前唯一涂层工艺开发和装备集成平衡发展的公司,且其涂层设备成本仅为进口设备的40%。

 

在氢燃料电池电堆中,金属板电堆相比于石墨板电堆,具有比功率密度高、结构强度高、低温自启动能力强、生产工艺工序少易于批产、量产成本低等优势。

金属板需具备并维持高导电性、低电阻率、耐腐蚀的长寿命,都要靠涂层来实现。金属板表面能否形成致密涂层,直接影响其导电性能及耐腐蚀性。作为金属板制作工艺中的关键一环,涂层与金属板基材必须附着力强,并避免纳米级缺陷,这对工艺和设备提出了极大的考验。目前能够做好金属板涂层的企业在世界范围内并不多,国内企业能做涂层加工并提供国产化设备的企业更是凤毛麟角。

那么,涂层的重要性具体都表现在哪些方面?现如今涂层环节成本占比如何?涂层核心技术及设备是否掌握在国外企业手中?国内金属板涂层市场如何?带着这些疑问,第一元素近日专访了上海福宜真空设备有限公司(以下简称上海福宜)创始人褚家宝博士。

公司创始人褚家宝博士,在国内军工企业、大学和科学院研究所工作多年,先后从事了磁性材料、磁路设计、薄膜材料制备工艺、真空技术、电真空材料加工和处理技术等不同类型的专业技术工作,并于2017年获得嘉定创新创业紧缺人才荣誉称号。

调研| 上海福宜:涂层工艺开发和装备集成平衡发展

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第一元素:请您简要介绍一下贵公司的基本情况,上海福宜有着怎样的发展历史?
褚家宝上海福宜真空设备有限公司,是致力于高端真空镀膜设备、先进镀膜工艺和真空设备核心部件的研发、生产、销售及技术服务,为一体的高新技术企业。
公司创始人和核心技术团队,致力于先进镀膜工艺的开发。镀膜工艺和设备集成的理论和实际相结合,是公司发展的主要特色。通过核心部件的研发,提升了公司整机设备的技术水平、性价比和核心竞争力,主要技术达到国际同期最好水平。
公司组建了近20名由博士、硕士和副高以上职称工程技术人员组成的研发团队,核心技术团队,具有多年军工企业和科研院所的工作经历;并拥有净化等级优于1万级的装配车间。从软件到硬件,公司在产品开发方面积极投入,确保公司产品和技术服务水平达到国内领先。
上海福宜的发展经历了4个主要阶段:
2011:注册成立上海福宜新能源科技有限公司,开展薄膜太阳能电池(CIGS)工艺和产业化装备产业化
2013:成立上海福宜真空设备有限公司,主要业务拓展为:超硬材料、陶瓷金属化、新能源和储能材料等先进工艺研发和装备产业化
2016:注册成立全资子公司,上海福宜纳米薄膜技术有限公司,开展高温传感器芯片(Pt电阻)产业化。
2018:注册成立全资子公司,上海福宜氢能实业发展有限公司,开展氢燃料电池金属双极板涂层和装备产业化。
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第一元素:上海福宜在氢能产业链中主要专注于哪些环节?都有哪些核心技术和产品?
褚家宝上海福宜在氢能产业链中,主要专注于燃料电池电堆中金属板涂层及涂层设备。
在金属板涂层技术方面,经过不断研发改进,现推出的第三代复合涂层工艺FE-02,我们对比了科技部2020.3.23发布的《关于国家重点研发计划“制造基础技术与关键部件”等重点专项2020年度项目申报指南的通知》,其中附件8关于金属板的技术要求,我们的第三代涂层,已经优于其中的初始要求技术性能指标,在国内处于领先地位。
因为我们公司不做电堆,无法验证《通知》中运行1000小时后的数据。为继续提高金属板涂层的特殊性能,实现工艺改进,福宜在专门优化设备结构、核心部件功能,预计在8月份金属板涂层的性能指标,特别是耐腐蚀性,会有大幅度的提升。
在金属板涂层设备方面,针对用户的不同阶段需求,我们的核心产品有:
1)立式涂层设备FE-1400
 
该设备主要应用于高端金属板涂层制备。有着可以实现磁控、PECVD、热丝、离子辅助和多弧复合,适合制备碳膜和金属薄膜,可以进行连续稳定长时间工作等优势。该设备工作产量为3万片/年以上。
 
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2)立式涂层设备FE2600
 
该设备也应用于高端金属板涂层制备,产品优势与FE-1400相同,其工作产量相对FE-1400更大,每炉100片,4小时/炉,12万片/年以上。
 
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3)镀膜流水线FE1350
 
该设备主要应用于低成本高端金属板涂层制备。有着可以实现磁控、PECVD、热丝、离子辅助和多弧复合,适合制备厚度适中的多层膜,高产能、高效率等优势。该设备工作产量为100万片/年以上。

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第一元素:涂层对于燃料电池金属板的重要性体现在哪些方面?成本占比是多少?
褚家宝燃料电池在实际推广应用当中,面临两大难题,一个是成本,一个是使用寿命。影响燃料电池系统寿命的主要因素是整个燃料电池系统、控制策略以及电堆。
在燃料电池电堆中,石墨板成本下降空间有限,而金属板相比于石墨板,具有功率密度高、质量轻体积小、热容小、阻气性好、结构强度高、量产成本低、工艺简单、工序少等优势,实现金属板的这些性能主要依靠涂层。而金属板涂层又是影响整个电堆寿命的重要因素之一,也是最难突破的技术难点。
只要金属板涂层性能达到商用要求,对燃料电池来说将是颠覆性的技术进步。因此,涂层对于燃料电池金属板的重要性,可以说是核心的核心。我们经过测算,涂层占燃料电池金属板的成本,大约是 60%。
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第一元素:您认为燃料电池金属板涂层环节未来进一步降低成本的方法和障碍都是什么?
褚家宝目前氢能产业处于市场导入期,没有形成规模化的需求,我们的客户来加工金属板涂层的量比较小,现在是采用单腔室镀膜设备加工,装炉量小,工作时间长,成本高。
随着市场的发展,我们有成熟的降低成本的方案,就是建立连续式镀膜流水线,提高产量,大大缩短涂层工作时间,这样可以把涂层成本降低90%。只要有足够的需求,降低金属板涂层成本不存在障碍,随着市场发展,涂层成本低于20元/片,是可行的。
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第一元素:据了解,能够做好金属板涂层的企业在全球范围内都较少,那么涂层核心技术及设备是否掌握在国外企业手中?
褚家宝福宜独家复合涂层工艺和真空镀膜设备的定制,是我们团队三十余年的真空行业经验累积,和来源于中科院的技术底蕴,多方面融合的成果。
涂层核心技术及设备不存在被国外企业垄断的情况,目前我们的金属板涂层优于欧洲某知名企业涂层性能,处在国际先进水平,这是国内两家电堆企业对比测试后反馈的结果。福宜掌握了真空涂层设备的核心部件的研发生产,拥有独家复合工艺技术,具备设备整机的生产能力。
下图是各种涂层工艺的对比:
 
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第一元素:相对于竞争对手企业,上海福宜的技术和产品优势主要体现在哪些方面?
褚家宝国内的竞争对手企业,没有持续研发改进涂层工艺的能力,且不具备生产高端涂层装备的实力,无法满足金属板涂层的复杂技术要求。
而对于国际知名的真空涂层公司,福宜具有同等的涂层工艺和设备生产能力,镀膜设备为福宜自主专利设计装配制造,设备的交期和价格,大约是进口设备的40%,而且后期设备维护、折旧成本、工艺升级,能为用户大幅节约运营成本,使涂层基础成本低,所以有较高的性价比。
某知名央企经过多方调研对比,采购了福宜第一台金属板涂层设备。福宜的劣势在于成立时间短,品牌影响力弱,客户对国产设备信任度低,我们需要积累客户口碑,形成品牌效应。
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第一元素:上海福宜在国内燃料电池金属板涂层服务的市场份额如何?主要的客户及商业案例都有哪些?
 
褚家宝因为各电堆企业都在保护商业机密,无法通过公开的渠道得到金属板涂层市场信息,福宜进入氢能还不到两年的时间,是行业新兵,但是依靠技术优势,金属板涂层服务的市场份额增速明显,至于福宜在其中占多少,无法给出准确的数字。
目前在福宜进行金属板涂层加工的企业有十余家,氢能方面主要涂层客户有国内知名央企、核心电堆、汽车厂等十余家相关企业。其中一台金属极板涂层设备自19年11月签订合同后,已于今年3月至客户现场安装调试成功。其中最大的一家与福宜签订了2020年3万片的涂层合同。
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第一元素:疫情下,燃料电池行业或多或少将受到一定影响,您认为这对贵公司的经营业绩以及未来战略规划是否会产生一定影响?
褚家宝疫情确实对燃料电池行业产生了不小的影响,但我们相信影响是短期的,不会改变燃料电池市场化的长期趋势。疫情既有危也有机,许多国外进口部件无法按期交付国内,这或许会加速国内企业寻求进口替代的进程及决心。而福宜的优势就在于定制化解决产品需求,高性能低价格拥有进口替代优势。
所以在氢能业务方面,或许对于我们来说是个突破的机会。且福宜主营业务不止在于氢能方面,还有高端真空镀膜设备、高端涂层服务等方面,总的来说,这次疫情对公司的经营业绩不会有太大影响,未来战略规划依旧是以提升工艺为主,为客户提供优质产品、服务。

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原文始发于微信公众号(第一元素网):调研| 上海福宜:涂层工艺开发和装备集成平衡发展

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