我國金屬雙極板水冷電堆技術取得突破

深耕30年，高性能產(chǎn)品打開氫能利用空間

“中汽研汽車檢驗中心(天津)有限公司(以下簡稱檢驗中心)的測試結果顯示，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鍵核心技術指標上，超過豐田、本田、現(xiàn)代等國際主流車企的產(chǎn)品。”7月3日，清華大學核能與新能源技術研究院毛宗強教授對科技日報記者表示。

檢驗中心6月初的這一紙測試認定書，是73歲的毛宗強帶領團隊在氫能源領域深耕近30年的成績單。業(yè)內(nèi)專家表示，這標志著該項技術已從產(chǎn)品開發(fā)邁入規(guī)模化發(fā)展階段，而該技術的突破，在我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程上，有著里程碑式的意義。

缺乏自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品

什么是金屬雙極板水冷電堆技術，它對燃料電池車發(fā)展有何意義？

毛宗強說，電堆是氫氣發(fā)生電化學反應的場所，是組成燃料電池的最基礎、最關鍵的部件。電堆之于氫能經(jīng)濟的重要性，相當于中央處理器(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主要有兩種實現(xiàn)方式，即石墨雙極板和金屬雙極板水冷電堆技術。”毛宗強介紹道。

石墨雙極板是多年前加拿大巴拉德公司開發(fā)的技術。但由于巴拉德不是汽車企業(yè)，毛宗強說，豐田等日本車企考慮到整車開發(fā)的需求，在第一代石墨雙極板水冷電堆之后，改變了石墨堆應用于整車的技術方案，投入巨資，開展在低溫啟動、體積與功率和成本等方面更具優(yōu)勢的金屬雙極板水冷電堆的開發(fā)工作。經(jīng)過將近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的燃料電池汽車，實現(xiàn)了燃料電池乘用車的產(chǎn)業(yè)化。

“近年來，隨著中國氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)也紛紛瞄準金屬雙極板水冷電堆技術。”毛宗強說，部分企業(yè)也推出了一些技術和產(chǎn)品，但從公開數(shù)據(jù)看，其性能離先進水平還有一定差距，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)出來前，國內(nèi)仍然缺乏知識產(chǎn)權和核心技術完全自主可控的金屬雙極板水冷電堆產(chǎn)品”。

不盡早趕上差距會越來越大

這是因為，燃料電池的研發(fā)是個難度極高的活兒。

毛宗強分析，電堆設計要實現(xiàn)反應物質(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，需要膜電極等基礎材料的配套，對零部件的加工工藝和加工精度要求也極高。

“由于起步較晚，中國企業(yè)與國際先進水平有較大的差距。”毛宗強說，國外技術領先的企業(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)應用于產(chǎn)品的設計，“如果不盡早趕上，未來差距可能會越來越大”。

自1993年進入氫能研究領域，毛宗強帶領團隊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能取得突破，主要是改進了金屬板的設計，極大提高了性能。”毛宗強說。

毛宗強團隊牢牢抓住電堆和控制策略這兩大核心技術作為突破口。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，各項關鍵技術指標全面對標國際標桿企業(yè)的產(chǎn)品，形成了具有完全自主知識產(chǎn)權和全套核心技術的氫燃料電池金屬雙極板水冷電堆的技術體系，具備了自主開發(fā)和迭代改進電堆的能力。

已經(jīng)具備規(guī)模化生產(chǎn)的條件

為了加快技術推廣應用，毛宗強去年成立了北京嘉清新能源科技公司(以下簡稱嘉清新能源)，這也是北京市大興區(qū)政府重點高科技引進項目。

目前，嘉清新能源技術團隊擁有金屬雙極板、電芯模塊化、裝堆策略、電堆控制策略等關鍵核心技術，已經(jīng)具備自主建設電堆生產(chǎn)線并進行規(guī)模化生產(chǎn)的條件。

“我們在產(chǎn)品設計、膜電極等關鍵材料和零部件制備、生產(chǎn)制造工藝等方面，實現(xiàn)了跨越式的進步，這些技術已能夠正式應用于產(chǎn)品。”嘉清新能源總經(jīng)理方謀說，這也意味著燃料電池這個關鍵核心戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)品級別方面，中國將實現(xiàn)從遠遠落后到并駕齊驅、局部領先的戰(zhàn)略性轉變。

方謀介紹，嘉清新能源團隊已與國際知名系統(tǒng)集成廠家達成合作意向，共同開發(fā)氫燃料發(fā)動機系統(tǒng)，并將首先應用在大巴車、物流車上，通過上車實驗將進一步完成大數(shù)據(jù)積累。

“今年底，將完成年產(chǎn)2000臺40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆的生產(chǎn)線建設，實現(xiàn)電堆產(chǎn)品在叉車、乘用車、物流車等不同應用場景的產(chǎn)業(yè)化應用。”毛宗強表示，同時，將推進單堆100千瓦金屬雙極板水冷電堆的開發(fā)工作，實現(xiàn)100千瓦電堆進入小批量生產(chǎn)，目標市場為大巴、重卡、軌道交通、儲能等方面的應用。

本報記者 操秀英

[責任編輯：楊凡、崔中連]

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