수소 연료 전지 산업 체인에서 상류는 수소의 준비, 운송 및 저장이고, 수소 연료 전지 시스템은 수소역에 수소를 주입한다. 원자로 중류 등 주요 부품 생산에서 원자로와 부품을 통합하여 수소 연료 전지 시스템을 형성한다. 다운스트림 애플리케이션 수준에서는 차량, 휴대용 전원 공급 장치, 고정 전원 공급 장치의 세 가지 주요 방향이 있습니다. 소비 단말기는 전기차의 생산과 판매이다.
연료 전지 더미
연료 전지 더미는 연료 전지 자동차 산업의 심장으로, 비용이 연료 전지 시스템 비용의 60% 이상을 차지하며 기술 문턱이 높다.
연료 전지 스택은 주로 촉매, 양성자 교환막, 가스 확산층, 양극판 및 씰, 끝판 및 집전판과 같은 기타 구조 부품으로 구성됩니다.
국내 연료전지더미산업 체인은 처음에는 규모를 갖추었고, 상류업체들은 완비되어 있고, 막전극, 양성자 교환막, 양극판은 국산화 능력을 갖추고 있으며, 가스 확산층은 소량으로 공급되고, 촉매제는 연구개발 능력을 갖추고 있다.
외국 연료 전지 더미에 비해 국내 연료 전지 더미가 핵심 재료와 핵심 기술에 부족한 것도 연료 전지 스택 비용이 높은 주된 이유다. 따라서 연료 전지 원자로의 비용 절감은 여전히 연료 전지 자동차의 상업화의 관건이다.
연료 전지 구조: 막 전극과 양극판 스택이 더미를 형성한다.
바이폴라 플레이트: 배터리 스택의 "골격"
양극판은 전극의 "골격" 으로, 막 전극으로 쌓여 있다. 양극판은 연료 전지에서 지지, 전류 수집, 냉각수에 채널 제공, 산화제 분리 및 복원제 역할을 한다. 그 성능은 힙의 볼륨, 출력 전력 및 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.
양극판은 소재별로 주로 흑연판, 금속판, 복합판으로 나뉜다.
현재 국내에서는 흑연판을 위주로 하고 있으며, 금속판은 미래의 주류 기술이다. 상용차는 흑연판을 갖추는 경향이 있고, 승용차는 공간에 대한 요구가 높기 때문에 금속판을 갖추고 있다.
흑연 바이폴라 플레이트
흑연 바이폴라 플레이트는 현재 양성자 교환막 연료 전지 (PEMFC) 에서 가장 널리 사용되는 재료로 전도성, 열전도도 및 내식성이 우수하며 상용차 분야에서 자주 사용됩니다.
현재 흑연판은 기술과 상업화면에서 비교적 성숙해 더 큰 시장 점유율을 차지하고 있어 비용을 더 낮추기가 어렵다. 업계가 발전함에 따라 업스트림 흑연 재료 기술 업그레이드로 인한 비용 절감을 기다리며 수요를 자극해야 한다.
흑연 바이폴라 플레이트 두께는 약 2 ~ 3.7 mm 로 밀링 머신에 의해 특정 형태의 디플렉터 및 러너로 가공되며 러너 설계 및 가공 공정은 배터리 성능과 밀접한 관련이 있습니다.
흑연 양극판 기술장벽이 낮고 외국 대표업체는 미국 포코, 캐나다 발라드 등이 있다. 국내 기술은 국제 일류 수준에 이르렀다. 대표 기업은 상하이 이신 (이화통 자회사), 상하이 홍풍, 박련강, 상하이 홍균, 곽홍수소에너지 등이 있는데, 그중 상하이 홍풍제품은 이미 해외로 수출되었다. 곽홍수소는 흑연 양극판 기술이 성숙되어 대량 생산과 커스터마이징을 할 수 있다. _
사진 출처: 상하이 리젠트 공식 홈페이지
금속 바이폴라 플레이트
금속 바이폴라 플레이트는 부식되기 쉽지만 부피가 작고 생산주기가 짧아 빠르게 양산하기 쉬우므로 승용차 분야에 사용할 수 있다. 외국 대표 기업은 미국의 다네, 일본의 혼다 등이 있다.
금속 바이폴라 플레이트는 미래의 발전 방향이 될 것이다. 국내 양산 금속판을 최초로 장악하는 기업은 연료전지 승용차 시장에서 선기를 선점할 전망이다. 국내 대표 기업은 상해부터 젠, 상해 거요우, 원원 동력, 기서 자동차 등이 있다.
상하이 지젠 (Shanghai Zhizhen) 은 바이폴라 플레이트 국산화 및 대량 생산을 실현할 수 있으며, 연간 500,000 쌍의 연간 설계 생산량을 달성 할 수 있으며, 적어도 1500 대의 FCV 를 사용할 수 있으며, SAIC 체코 금속판 힙을 소량으로 공급했습니다.
복합 바이폴라 플레이트
복합 바이폴라 플레이트는 흑연의 내식성과 금속의 고강도, 효과가 가장 좋지만 가공이 번거롭고 비용이 많이 들어 대규모 응용이 없었다.
전반적으로 양극판의 국산화 대체는 이미 일정 수준으로 발전했으며, 흑연 양극판에서 금속 양극판으로 전환하는 과정에서 점차 전면적인 국산화를 실현하였다. 신원전력, 우한 히말라야 광전, 수소 창조에너지 등 국내 업체들은 R&D 능력을 갖추고 있다.
막 전극: 연료 전지 기술의 핵심
_ 막 전극과 양쪽의 양극판은 연료 전지의 기본 단위를 구성한다.
막 전극은 연료 전지 스택의 핵심 부품이다. 화학반응의 장소로서, 그것은 촉매, 가스 확산층, 양성자 교환막으로 구성되어 있다.
막 전극 부품은 Nafion 용액과 Pt 촉매제가 분사된 탄소섬유 종이 전극 두 개를 각각 사전 처리된 양성자 교환막 양쪽에 배치하여 촉매제가 양성자 교환막에 밀착되어 일정한 온도와 압력으로 형성된다.
촉매제
연료 전지에서 촉매제는 수소와 산소를 분해하여 전기 화학 반응에 사용되어 전류를 생성하는 역할을 한다.
현재 상용화된 촉매제는 플루토늄 촉매제이며, 희귀금속 텅스텐의 높은 비용은 연료 전지 상용화의 주요 장애물 중 하나이다.
외래 촉매제의 양을 실현하였다.
글로벌 촉매제 제조사의 3 대 거물은 각각 독일 바스프, 영국 존슨 풍환, 벨기에 우미코, 전 세계 시장 점유율은 약 90%, 국내 시장 점유율은 약 70% 이다. 대량 생산 (10kg/ 배치 이상) 이 가능하고, 성능이 안정적이며 신뢰성이 높습니다.
계암백금업, 중자문 기술, 화창화공, 상하이 당봉, 우한 히말라야, 상하이 길평 신에너지 등을 포함한 국내 촉매 생산업체들도 관련 제품 개발에 종사하고 있다.
양성자 교환막
양성자 교환막은 유기 불소 화학 산업 체인의 끝에 있습니다. 그 상류는 유기화공의 단량체 재료이고 하류는 염소 알칼리 공업, 연료 전지, 전해수, 양성자 교환막을 기반으로 한 에너지 저장 배터리 등 응용 분야이다.
양성자 교환막은 연료 전지의 핵심 부품으로 두께, 화학적 안정성 및 양성자 전도율이 연료 전지의 종합 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 양성자 교환막의 성능에 대한 요구가 높다.
주로 듀폰, 코모, 도씨, 3M, 고어, 벨기에 솔비, 일본 욱질자, 욱화성, 동악그룹, 팬아시아 마이크로전동 등 국내 10 여개 회사가 있습니다.
중국 동악그룹은 완전 퍼플 술폰산 수지 산업 체인을 보유하고 있어 국내 시장 규모가 고어, Gore 에 버금가는 기업이다. 원료, 중간체, 단체, 고분자 필름 전체 산업 체인을 보유하고 국내 유일의 퍼플 루오로 산 양성자 막 수지 합성 생산 라인을 건설했습니다. 현재 이미 양산과 양산 공급을 실현하였다.
연료 전지 스택 작동 원리;
가스 확산층
가스 확산층 (GDL) 은 가스 유류층과 촉매층 사이에 위치하며 탄소지와 방수제 PTFE 로 구성되어 막 전극을 지탱하고, 전류를 수집하고, 가스를 전도하고, 반응수 (가스) 와 열을 조절하는 중요한 역할을 한다.
출처: 국립 공중 전화 회사
해외 기업들은 성숙한 기술로 대량 생산을 실현했다. 동리와 미쓰비시, Sigri, Feudenberg, 미국 AvCarb, 한국 JNTG 등 외국 업체들은 모두 가스 확산층의 규모화 생산을 달성했으며 다양한 응용 시나리오에 적합한 다양한 제품을 보유하고 있다.
현재 국내 가스 확산층 기술은 여전히 탐구 중이며, 탄소 종이 재료 실험실 기술은 일부 국제 선진 제품을 표기할 수 있지만, 제품 규모화 생산을 실현하는 데는 아직 일정한 차이가 있다.
국내에서 유명한 가스 확산층 기업은 주로 안태기술, 범용 수소에너지, 장쑤 수소전기, 장쑤 청에너지, 상하이, 삼전기 등이다.
Bop 는 bop 그룹의 안정적인 작동을위한 핵심 환경입니다
해당 보조 장치 (BOP, BalanceOfPlant) 는 스택이 안정적으로 작동하는 핵심 환경입니다.
도요타 Mirai 의 미래 조합 연료 전지 시스템 개요에서 볼 수 있듯이 연료 전지 시스템의 BOP 구성요소는 원자로에 필요한 외부 환경을 제공하고 수소 흐름, 공기 흐름 및 응축 물의 질서 정연한 조직과 조화를 유도하는 것이 원자로의 안정적인 작동에 중요한 요소라는 것을 알 수 있습니다.
BOP 의 경우 비용 구성은 상대적으로 분산되어 있으며 공기 압축기와 모터는 공기 도로의 핵심 부품입니다.
미라 미래 복합 연료 전지 시스템 개요;
공기 압축기: 연료 전지 시스템의 핵심 부품 _
연료 전지 공기 압축기는 원자로의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 종류가 많은데, 그중에서도 원심압축기는 밀도, 효율, 소음 등에서 종합 효과가 좋아 주요 발전 방향이다.
국산화율로 볼 때 공기압축기는 우리나라 국산화 수준이 높은 연료 전지의 핵심 부품이다.
인석 통계에 따르면, 공압기는 다른 보조 시스템 제품에 비해 일찍 전체 전력 세그먼트 국산화를 달성했으며, 현재 국산화율은 100% 에 육박한다.
최근 2 년간 국내 시장 연료 전지 공압기 공급업체는 주로 Yeti, 시카투보, 킹스턴 기술, 평력 기술, 연대 동독 공업, 독일 연소 동력, 빙륜 환경 등이 주를 이루고 있다.
연료 전지 시스템 설치 시장 구조
전반적으로 볼 때, 최근 몇 년 동안 우리나라의 수소 연료 전지 설치 용량이 비교적 빠르게 증가했다. 현재 시장에는 많은 지역 주문이 있으며, 동시에 대량으로 공급하는 경쟁자도 갈수록 많아지고 있다. 시장 경쟁은 에서 다까지 이어지고, 시장 집중도는 해마다 떨어지고 있다. 2020 년 CR5 는 64% 로 2065,438+09 년보다 65,438+04% 하락했으며 2 ~ 3 년보다 더 떨어질 것으로 예상된다.
2020 년 연료 배터리 자동차 엔진 시스템 TOP3 설치 점유율은 16 입니다. % 에드만, 15 에 있습니다. 이화통의%, 곽홍이 재건한 65,438+02% 입니다.
핵심 재료와 핵심 부품의 가속 국산화로 인해 2020 년 우리나라 연료 전지 시스템과 원자로 가격이 30 ~ 50% 하락했다.
앞으로 몇 년 동안 국산 핵심 부품의 규모화와 경쟁이 심화됨에 따라 앞으로 몇 년간 원자로 가격이 매년 25 ~ 30% 하락할 것으로 예상된다.
현재 우리나라의 연료 전지 산업은 급속히 발전하고 있지만, 주로 차량 조립과 시범 운영에 초점을 맞추고 있으며, 산업 체인에는 전기, 막 전극, 양극판 등 핵심 기술이 적다.
연료 전지 전력 시스템 통합, 환경 적응성, 안정성과 수명, 비용 통제, 수소 저장 등의 기술 지표로 볼 때 국내 수준은 국제 수준과 크게 다르다. 현재 국내 독립 R&D 와 외국의 성숙한 기술 업체가 공존하고 있지만, 주요 부품의 재료 성능과 생산량은 시급히 향상되어야 한다.