中國金屬雙極板水冷電堆技術取得突破
2020年07月06日10:01

原標題:中國金屬雙極板水冷電堆技術取得突破 來源:科技日報

  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,我們研發的40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆產品,在體積功率密度、大電流持續穩定放電能力、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、現代等國際主流車企的產品。”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。業內專家表示,這標誌著該項技術已從產品開發邁入規模化發展階段,而該技術的突破,在我國氫能產業的發展曆程上,有著里程碑式的意義。

  缺乏自主知識產權的產品

  什麼是金屬雙極板水冷電堆技術,它對燃料電池車發展有何意義?

  毛宗強說,電堆是氫氣發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。電堆之於氫能經濟的重要性,相當於中央處理器(CPU)在信息產業中的地位。

  “燃料電池有很多種技術路徑,比較適用於車輛的是質子交換膜燃料電池(PEMFC),PEMFC主要有兩種實現方式,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的技術。但由於巴拉德不是汽車企業,毛宗強說,豐田等日本車企考慮到整車開發的需求,在第一代石墨雙極板水冷電堆之後,改變了石墨堆應用於整車的技術方案,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勢的金屬雙極板水冷電堆的開發工作。經過將近30年,豐田於2014年年底率先推出採用金屬雙極板水冷電堆技術的燃料電池汽車,實現了燃料電池乘用車的產業化。

  “近年來,隨著中國氫能源產業的發展,國內企業也紛紛瞄準金屬雙極板水冷電堆技術。”毛宗強說,部分企業也推出了一些技術和產品,但從公開數據看,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釐米1.0瓦,生產成本居高不下,“40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆產品研發出來前,國內仍然缺乏知識產權和核心技術完全自主可控的金屬雙極板水冷電堆產品”。

  不儘早趕上差距會越來越大

  這是因為,燃料電池的研發是個難度極高的活兒。

  毛宗強分析,電堆設計要實現反應物質的傳輸、水熱管理和產生的電流之間能相互協同工作,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。

  “由於起步較晚,中國企業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積累了海量的數據,建立和完善了自己的產品大數據體系,並將積累的大數據應用於產品的設計,“如果不儘早趕上,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於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。在產品開發過程中,各項關鍵技術指標全面對標國際標杆企業的產品,形成了具有完全自主知識產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,具備了自主開發和迭代改進電堆的能力。

  已經具備規模化生產的條件

  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,已經具備自主建設電堆生產線並進行規模化生產的條件。

  “我們在產品設計、膜電極等關鍵材料和零部件製備、生產製造工藝等方面,實現了跨越式的進步,這些技術已能夠正式應用於產品。”嘉清新能源總經理方謀說,這也意味著燃料電池這個關鍵核心戰略性產業,在產品級別方面,中國將實現從遠遠落後到並駕齊驅、局部領先的戰略性轉變。

  方謀介紹,嘉清新能源團隊已與國際知名系統集成廠家達成合作意向,共同開發氫燃料發動機系統,並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據積累。

  “今年底,將完成年產2000台40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆的生產線建設,實現電堆產品在叉車、乘用車、物流車等不同應用場景的產業化應用。”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工作,實現100千瓦電堆進入小批量生產,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

【編輯:田博群】

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