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让燃料电池用足氢气,金属板的“中国方案”解决了世界难题

作者:中国储能网新闻中心 来源:新民晚报 发布时间:2020-05-19 浏览:
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“氢”+“氧”产生水,这一简单的化学反应,代表新能源汽车未来发展的高阶方向。但是,如何在一块车用燃料电池里充分利用好氢气,产生“高、大、长”的动力,则是一道国际性难题。今天上午,这道国际难题的破解之道,豁然登上2019年度上海科技奖励大会的领奖台。由上海交通大学、新源动力股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司和上海治臻新能源装备有限公司共同攻关的“高功率密度燃料电池薄型金属双极板及批量化精密制造技术”,今天荣获2019年度上海市技术发明奖特等奖。

“发动机”里有乾坤

发展氢能与燃料电池汽车成为全球共识,我国已将燃料电池汽车列入国家发展战略,预计2030年年产量达百万辆。而燃料电池,正是这一辆辆未来汽车的“发动机”。钻进“发动机”内,数百张电池板“手拉手”组成的电堆,则是燃料电池产生动力源的核心;又由于电堆要占到燃料电池系统60%的成本以及整车30%的成本,电堆又是燃料电池汽车降低成本的“金钥匙”。

“由于汽车市场对于大功率、长距离、低成本的要求,燃料电池电堆发展趋势应该是从原来增程式或小功率,向着全功率模式转变。”项目负责人,上海交通大学机械与动力工程学院教授来新民告诉记者,研制高功率密度、大功率输出、长寿命运行和低成本制造的车用电堆,成为整个科研团队自2005年以来不变的初心。

而要实现这一目标,传统的石墨板电堆,必须被颠覆。“乘用车燃料电池对体积和重量要求严苛,碳材料电池板又大又重。”可是替代说说容易,实践起来需要从技术到生产全部自主创新。项目历经十余年研究,终于发明了薄型金属双极板“两板三场”新结构。基于该结构,氢、氧、水流场的新型分配形式,创造出三代12款金属双极板。

金属板的“中国方案”

这不就是一块车牌吗?当手里拿着这片长40厘米、宽10厘米的金属板,很难想象这是“十五年才磨出的一剑”。只见这块厚度不超过1.2毫米的金属板上,刻着一道道整齐有序的花纹,看上去没有什么特别。而正是它,实现了金属板厚度比业界最薄的石墨极板降低52%,比石墨极板电堆功率密度提升2.4倍,让燃料电池成功布置在轿车前舱。

接下来,400片金属极板既要紧密“排排站”,又不能“挤在一起”,研究人员创造出贴紧极板多步成形误差补偿、激光焊接变形抑制等一系列新技术、新工艺,突破了金属双极板电堆叠放的接触均匀性瓶颈。在全球,开发出首个400片115千瓦大功率车用电堆,实现了燃料电池汽车的全功率驱动,也就是加一次氢气,可以一口气跑上600公里。

在2019年世界新能源汽车大会上,项目团队开发的电堆技惊四座,被评为代表新能源汽车方向的八项前沿技术之一。国内、国际知名汽车品牌企业纷纷前来位于临港的上海治臻考察,并提出了多方面的合作事宜。

创新链条“第一步”

对于金属双极板来说,提出全新结构、开发新产品只是漫长创新链条的第一步。为了高功率密度燃料电池薄型金属双极板,从论文项目变成生产图纸;让装有“交大”金属双极板电堆的新能源汽车,从生产线加速跑上高速路。来新民与志同道合的同事、学生一道,依托多年耕耘的科研项目开始创业,成立了上海治臻。

很“幸运”,公司发展之初得到了上汽集团连续五年燃料电池技术攻关项目的稳定投入,新源动力大力协作。同时,上海市科委和临港集团连续支持,让这家不到10人的科技小公司,快速成长到80余人的成长型企业。如今,团队已经建成了年产50万片金属板全流程生产线,占据国内氢能源燃料电池市场的半壁江山以上。

“这只是中国氢能源燃料电池汽车发展的一小步。”来新民说,中国汽车想要在新能源汽车上真正实现弯道超车,还需要在多个部件、材料、系统上有更大的突破。

新民晚报记者 马亚宁

关键字:燃料电池

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