燃料電池金屬雙極板焊接工藝國產化蛻變

王力（中）正在調式設備。（受訪者提供）

把金屬雙極板放置到全自動化的激光焊接設備中，10秒就能完成一次焊接，而由人工操作的設備完成一次焊接至少60秒。在驥翀氫能子公司深圳眾為氫能科技有限公司（以下簡稱深圳眾為）的產線前，總經理王力介紹并演示了這一過程。

“別看現在我們能輕松完成金屬雙極板的自動化焊接，在10多年前，國內還停留在用膠條、膠水粘結金屬板的人工操作階段，效率非常低。”談起金屬雙極板的焊接技術，王力感觸頗深，“為了提高效率，我們花了7年時間，經歷了多代技術更迭，并成功引進激光焊接，生產效率提高5倍以上。”

這與王力近年來的經歷密不可分：2000年，王力加入了中國電子科技集團下屬十一所激光設備研發團隊創建的廣州公司；2001年，王力與大連理工大學焊接技術研究所開始合作開發激光焊接裝備及工藝，隨后走上一條產學研探索之路。

實現“從零到一”的突破

2009年，中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱中科院大化所）基于金屬雙極板電堆研發設計的需要，率先意識到在該產業鏈條中激光焊接環節的“短板”，于是在全國范圍內尋求能夠實現金屬雙極板焊接工藝突破的團隊。

彼時，王力已經在激光焊接裝備及工藝領域深耕近10年，并于2006年創辦了深圳眾為，成為國內最早的工業激光從業團隊之一。

“當年，在鋰離子電池鋁殼焊接技術由日本掌握的情況下，深圳眾為在國內實現了鋁、鎂及合金激光焊接工藝的突破，確立了業內的領先地位。”王力告訴《中國科學報》。

在激光焊接工藝及裝備行業接連取得多項突破的王力以及他所創辦的深圳眾為，引起了中科院大化所的關注。“鋰電池的回收是一個世界難題，如果沒有妥善回收，可能會對環境造成危害。”王力回憶道，“當中科院大化所氫燃料電池研發團隊找到我的時候，在了解到氫燃料電池的環保特性后，我欣然決定帶領深圳眾為加入。”

金屬雙極板是氫燃料電池電堆的重要組成部件，焊接是其工藝之一，對電堆功率和成本都有重要影響。

從2010年開始，王力帶領團隊開始了金屬雙極板激光焊接技術的探索，歷經了五六代技術更迭，最終在2017年實現國內金屬雙極板焊接工藝“從零到一”的突破。

同時，深圳眾為憑借全套自主工藝與裝備知識產權，成為我國為數不多的燃料電池金屬雙極板激光焊接專業企業。

毫米之差，“質的飛躍”

完成“從零到一”的突破后，王力和團隊并沒有止步不前，而是繼續為提高金屬板平整度、減小輔助區域、提升導電性能而不斷努力。

“平整度是展現金屬雙極板焊接水平的首要因素，關系到電堆功率。”王力解釋道，“金屬雙極板在經過沖壓后，材料硬力聚集在內部，在焊接時得到釋放，造成極板變形。電堆由幾百片金屬雙極板和膜電極堆疊而成，如果極板不夠平整，就會減少裝堆節數，進而導致電堆功率難以提升。”

2017年，深圳眾為承接了行業內某企業批量焊接金屬雙極板的任務。王力介紹，起初焊接平整度遠遠超出5毫米，焊接成品率也只有60%～70%，達不到客戶要求。

為了突破平整度“難關”，王力團隊自主研發設計激光器，通過特殊工藝對激光進行調制，做了大量的工程實驗，最終將焊接平整度提升到小于3毫米，成品率也從60%突破到了90%，實現了“質的飛躍”。

“如今，深圳眾為焊接的金屬雙極板平整度小于2毫米，而國內普遍為3～4毫米。”王力表示，“雖然只有毫米之差，但這意味著別人裝300節電堆，電池高度達到1米，如果應用眾為的焊接工藝，同樣是裝300節電堆，電池高度只有0.5～0.6米，有效提升了電堆功率。”

除了平整度之外，深圳眾為還在金屬雙極板焊接方面實現了多項突破。例如，通過焊接工藝在設計上減小輔助區域，從而有效增大發生化學反應的性能區域，促使更多的氣體燃料參與反應，提高電堆的功率。

據悉，當時行業普遍采用外圍焊接實現密封，而深圳眾為在前期技術和工藝積累的基礎上，在流場區進行焊接，并率先實現通過焊接提高金屬雙極板的導電性能。

提高平整度、減小輔助區域、提高導電性能……通過先進的焊接工藝，深圳眾為提升電堆功率至少30%。

憑借過硬的技術，深圳眾為先后為上汽、新源動力、中科院大化所等國內眾多燃料電池廠商及研究機構提供焊接服務。

“我們自主研發的全套工藝及設備，不僅推動了國內金屬板電堆的批量生產制造，成本也僅為國際平均水平的1/6～1/4，也讓‘焊接’成為氫燃料電池產業國產化生產的重要一環。”王力告訴《中國科學報》。

志同道合，攜手前進

在參與中科院大化所項目，以及不斷攻克金屬雙極板焊接技術的過程中，王力結識了驥翀氫能董事長付宇。驥翀氫能是一家專注于氫燃料電池電堆自主研發與生產的科技企業，核心技術人員大多來自中科院大化所。

付宇師從我國燃料電池技術的奠基者和開拓者之一、中國工程院院士衣寶廉。在接觸中，王力被付宇對氫燃料電池技術的執著和推動能源轉型的精神所打動，兩個懷有同樣熱情的人一拍即合，決定匯聚各自的力量，共同推動氫燃料電池的產業化。

2020年，深圳眾為正式成為驥翀氫能的全資子公司。這讓驥翀氫能在整合金屬板電堆產業鏈的進程中邁出了重要一步，也讓深圳眾為在氫燃料電池的道路上更加堅定。

王力表示：“驥翀氫能在市場、技術、戰略等方面都給予了我們全力支持，更讓我對氫燃料電池產業未來的發展趨勢更加明晰，堅定了我在這個行業不斷發展、創新的決心。”

在驥翀氫能的支持下，王力正帶領深圳眾為繼續開發新一代金屬雙極板焊接技術。王力介紹，新技術將在全自動化的基礎上，實現工藝和設備的智能化生產，大幅度提升生產效率，同時，產品綜合性能也將提升近30%。

一路蛻變與技術更新的背后，是深圳眾為在激光焊接領域多年經驗與技術探索的體現，也是王力和付宇等人對于氫燃料電池產業的熱愛與執著。