我國(guó)金屬雙極板水冷電堆技術(shù)取得突破

深耕30年，高性能產(chǎn)品打開(kāi)氫能利用空間

“中汽研汽車檢驗(yàn)中心(天津)有限公司(以下簡(jiǎn)稱檢驗(yàn)中心)的測(cè)試結(jié)果顯示，我們研發(fā)的40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆產(chǎn)品，在體積功率密度、大電流持續(xù)穩(wěn)定放電能力、單位面積放電電流密度等關(guān)鍵核心技術(shù)指標(biāo)上，超過(guò)豐田、本田、現(xiàn)代等國(guó)際主流車企的產(chǎn)品。”7月3日，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院毛宗強(qiáng)教授對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者表示。

檢驗(yàn)中心6月初的這一紙測(cè)試認(rèn)定書，是73歲的毛宗強(qiáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在氫能源領(lǐng)域深耕近30年的成績(jī)單。業(yè)內(nèi)專家表示，這標(biāo)志著該項(xiàng)技術(shù)已從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)邁入規(guī)模化發(fā)展階段，而該技術(shù)的突破，在我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程上，有著里程碑式的意義。

缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品

什么是金屬雙極板水冷電堆技術(shù)，它對(duì)燃料電池車發(fā)展有何意義？

毛宗強(qiáng)說(shuō)，電堆是氫氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，是組成燃料電池的最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的部件。電堆之于氫能經(jīng)濟(jì)的重要性，相當(dāng)于中央處理器(CPU)在信息產(chǎn)業(yè)中的地位。

“燃料電池有很多種技術(shù)路徑，比較適用于車輛的是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，PEMFC主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式，即石墨雙極板和金屬雙極板水冷電堆技術(shù)。”毛宗強(qiáng)介紹道。

石墨雙極板是多年前加拿大巴拉德公司開(kāi)發(fā)的技術(shù)。但由于巴拉德不是汽車企業(yè)，毛宗強(qiáng)說(shuō)，豐田等日本車企考慮到整車開(kāi)發(fā)的需求，在第一代石墨雙極板水冷電堆之后，改變了石墨堆應(yīng)用于整車的技術(shù)方案，投入巨資，開(kāi)展在低溫啟動(dòng)、體積與功率和成本等方面更具優(yōu)勢(shì)的金屬雙極板水冷電堆的開(kāi)發(fā)工作。經(jīng)過(guò)將近30年，豐田于2014年年底率先推出采用金屬雙極板水冷電堆技術(shù)的燃料電池汽車，實(shí)現(xiàn)了燃料電池乘用車的產(chǎn)業(yè)化。

“近年來(lái)，隨著中國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)也紛紛瞄準(zhǔn)金屬雙極板水冷電堆技術(shù)。”毛宗強(qiáng)說(shuō)，部分企業(yè)也推出了一些技術(shù)和產(chǎn)品，但從公開(kāi)數(shù)據(jù)看，其性能離先進(jìn)水平還有一定差距，電堆單位面積放電功率很難突破每平方厘米1.0瓦，生產(chǎn)成本居高不下，“40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆產(chǎn)品研發(fā)出來(lái)前，國(guó)內(nèi)仍然缺乏知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)完全自主可控的金屬雙極板水冷電堆產(chǎn)品”。

不盡早趕上差距會(huì)越來(lái)越大

這是因?yàn)椋剂想姵氐难邪l(fā)是個(gè)難度極高的活兒。

毛宗強(qiáng)分析，電堆設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物質(zhì)的傳輸、水熱管理和產(chǎn)生的電流之間能相互協(xié)同工作，需要膜電極等基礎(chǔ)材料的配套，對(duì)零部件的加工工藝和加工精度要求也極高。

“由于起步較晚，中國(guó)企業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水平有較大的差距。”毛宗強(qiáng)說(shuō)，國(guó)外技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)積累了海量的數(shù)據(jù)，建立和完善了自己的產(chǎn)品大數(shù)據(jù)體系，并將積累的大數(shù)據(jù)應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，“如果不盡早趕上，未來(lái)差距可能會(huì)越來(lái)越大”。

自1993年進(jìn)入氫能研究領(lǐng)域，毛宗強(qiáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一直專注于膜電極等最基本的研究。“我們的金屬雙極板水冷電堆技術(shù)能取得突破，主要是改進(jìn)了金屬板的設(shè)計(jì)，極大提高了性能。”毛宗強(qiáng)說(shuō)。

毛宗強(qiáng)團(tuán)隊(duì)牢牢抓住電堆和控制策略這兩大核心技術(shù)作為突破口。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)全面對(duì)標(biāo)國(guó)際標(biāo)桿企業(yè)的產(chǎn)品，形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和全套核心技術(shù)的氫燃料電池金屬雙極板水冷電堆的技術(shù)體系，具備了自主開(kāi)發(fā)和迭代改進(jìn)電堆的能力。

已經(jīng)具備規(guī)模化生產(chǎn)的條件

為了加快技術(shù)推廣應(yīng)用，毛宗強(qiáng)去年成立了北京嘉清新能源科技公司(以下簡(jiǎn)稱嘉清新能源)，這也是北京市大興區(qū)政府重點(diǎn)高科技引進(jìn)項(xiàng)目。

目前，嘉清新能源技術(shù)團(tuán)隊(duì)擁有金屬雙極板、電芯模塊化、裝堆策略、電堆控制策略等關(guān)鍵核心技術(shù)，已經(jīng)具備自主建設(shè)電堆生產(chǎn)線并進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)的條件。

“我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)、膜電極等關(guān)鍵材料和零部件制備、生產(chǎn)制造工藝等方面，實(shí)現(xiàn)了跨越式的進(jìn)步，這些技術(shù)已能夠正式應(yīng)用于產(chǎn)品。”嘉清新能源總經(jīng)理方謀說(shuō)，這也意味著燃料電池這個(gè)關(guān)鍵核心戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)品級(jí)別方面，中國(guó)將實(shí)現(xiàn)從遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后到并駕齊驅(qū)、局部領(lǐng)先的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變。

方謀介紹，嘉清新能源團(tuán)隊(duì)已與國(guó)際知名系統(tǒng)集成廠家達(dá)成合作意向，共同開(kāi)發(fā)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，并將首先應(yīng)用在大巴車、物流車上，通過(guò)上車實(shí)驗(yàn)將進(jìn)一步完成大數(shù)據(jù)積累。

“今年底，將完成年產(chǎn)2000臺(tái)40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆的生產(chǎn)線建設(shè)，實(shí)現(xiàn)電堆產(chǎn)品在叉車、乘用車、物流車等不同應(yīng)用場(chǎng)景的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。”毛宗強(qiáng)表示，同時(shí)，將推進(jìn)單堆100千瓦金屬雙極板水冷電堆的開(kāi)發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)100千瓦電堆進(jìn)入小批量生產(chǎn)，目標(biāo)市場(chǎng)為大巴、重卡、軌道交通、儲(chǔ)能等方面的應(yīng)用。

本報(bào)記者 操秀英

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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