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|燃料电池原始创新迎来产业风口期，三家“交大系”企业研制出国际先进电堆

财政部等五部门近日发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》 ， 通过“以奖代补”方式 ， 对入围示范的城市群按照目标完成情况给予奖励 。这让我国燃料电池汽车及氢能产业迎来了加速发展的风口期 。
奖励政策出台后没几天 ， 上海氢晨新能源科技有限公司就发布了车规级H2150F质子交换膜燃料电池电堆 。这款电堆的峰值功率达到150千瓦 ， 功率密度为3.5千瓦/升 ， 通过全部车用设计验证 。“2014年 ， 丰田推出Mirai时 ， 国产车规级燃料电池和日本的差距很大 。”上海氢晨总经理、上海交通大学副教授易培云说 ， “而现在 ， 我们自主研发的电堆已达到国际先进水平 。”
为何能实现国际“并跑”？解放日报·上观新闻采访人员采访了解到 ， 交大团队的基础研究取得“从0到1”的原始创新突破 ， 上海市智能制造研发与转化功能型平台推动“从1到10”的科技成果转化 ， 是氢晨、治臻、唐锋三家企业掌握燃料电池关键核心技术的两大原因 。
|燃料电池原始创新迎来产业风口期，三家“交大系”企业研制出国际先进电堆
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极板“中国方案”源自原创构想
燃料电池以氢气和空气中的氧气为原料 ， 通过化学反应将氢气中的能量转换成电能 ， 唯一产物是水 ， 不会造成空气污染 。业界认为 ， 加注氢气的燃料电池汽车是汽车未来发展的一种“终极形态” ， 不过与纯电动汽车相比 ， 这种新能源汽车的商业化进程比较慢 。当前 ， 燃料电池汽车发展的重点方向是中远途、中重型商用车 ， 因为它们加注氢气的时间比纯电动汽车充电短得多 ， 续航里程更长 ， 适合做卡车、客车等商用车 ， 从而大幅减少交通污染 。
15年前 ， 尽管燃料电池的产业价值还不明朗 ， 交大机械与动力工程学院薄板结构制造研究所就开始了双极板研发 。这是燃料电池的一个核心部件 ， 占电堆体积的80% ， 承载着氢气场、氧气场、冷却液流场“三场”的传输和导电功能 。近年来 ， 日本、欧洲企业研制出了钛合金双极板 ， 如果中国企业无法制造这种部件 ， 就只能依赖进口 。好在交大孵化的上海治臻新能源装备有限公司 ， 已实现不锈钢双极板的大批量生产 。“我们目前的产能是1000台车/年 ， 计划明年把产能提高到5000台车/年 。”治臻总经理蓝树槐博士说 。
与采用“三板三场”结构的进口钛合金双极板不同 ， 国产不锈钢双极板的结构是“两板三场” ， 这一结构设计被誉为“中国方案” 。来新民教授表示 ， “两板三场”是交大团队提出的原创构想 。阳极板、隔板、阴极板“三板”的用料比较多 ， 不但增加了成本 ， 还会影响燃料电池的功率密度 ， 可否把中间的隔板去掉？经过持续数年的基础研究 ， 他们提出了“间隔连通—错位密封”新原理 ， 使氢气、氧气等气体进入极板分配区后 ， 能自行翻过流场 ， 从而省去了隔板 。这一成果获得2019年度上海市技术发明奖特等奖 。
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十年多学科攻关取得多项突破
超薄双极板的介观制造新工艺、不锈钢基底上的复合纳米涂层 ， 也是交大团队的原始创新成果 。
一块极板的厚度仅为75微米左右 ， 比纸还薄 ， 要在板上冲压出密密麻麻的流道 ， 让氢气、氧气和冷却液在那里传输 ， 其技术难度可想而知 。“为解决一冲压就裂的难题 ， 我们做了10年基础研究和工程验证 。”蓝树槐说 ， 经过机械、流体力学、工程热力学等多学科交叉攻关 ， 交大团队通过微细成形过程仿真模型 ， 梯度圆角设计、应力积分回弹补偿等微细成形工艺设计 ， 开发出不同于宏观制造的介观制造新工艺 。检测报告显示 ， 超薄金属双极板制造工艺的误差控制在10微米以内 。


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