燃料电池原始立异迎来工业风口期,三家“交大系”企业研制出世界先进电堆

燃料电池原始立异迎来工业风口期,三家“交大系”企业研制出世界先进电堆
财政部等五部分近来发布《关于展开燃料电池轿车演示使用的告知》,经过“以奖代补”方法,对入围演示的城市群依照方针完结状况给予奖赏。这让我国燃料电池轿车及氢能工业迎来了加快展开的风口期。奖赏方针出台后没几天,上海氢晨新动力科技有限公司就发布了车规级H2150F质子交流膜燃料电池电堆。这款电堆的峰值功率到达150千瓦,功率密度为3.5千瓦/升,经过悉数车用规划验证。“2014年,丰田推出Mirai时,国产车规级燃料电池和日本的距离很大。”上海氢晨总经理、上海交通大学副教授易培云说,“而现在,咱们自主研发的电堆已到达世界先进水平。”为何能完成世界“并跑”?解放日报·上观新闻记者采访了解到,交大团队的基础研究获得“从0到1”的原始立异打破,上海市智能制作研发与转化功用型渠道推进“从1到10”的科技效果转化,是氢晨、治臻、唐锋三家企业把握燃料电池要害核心技能的两大原因。极板“我国计划”源自原创设想燃料电池以氢气和空气中的氧气为质料,经过化学反响将氢气中的能量转换成电能,仅有产品是水,不会构成空气污染。业界以为,加注氢气的燃料电池轿车是轿车未来展开的一种“终极形状”,不过与纯电动轿车比较,这种新动力轿车的商业化进程比较慢。当时,燃料电池轿车展开的要点方向是中远途、中重型商用车,由于它们加注氢气的时间比纯电动轿车充电短得多,续航路程更长,合适做货车、客车等商用车,然后大幅削减交通污染。15年前,虽然燃料电池的工业价值还不明亮,交大机械与动力工程学院薄板结构制作研究所就开端了双极板研发。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”的传输和导电功用。近年来,日本、欧洲企业研宣布了钛合金双极板,假如我国企业无法制作这种部件,就只能依靠进口。好在交大孵化的上海治臻新动力配备有限公司,已完成不锈钢双极板的大批量出产。“咱们现在的产能是1000台车/年,计划下一年把产能提高到5000台车/年。”治臻总经理蓝树槐博士说。与选用“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”,这一结构规划被誉为“我国计划”。来新民教授表明,“两板三场”是交大团队提出的原创设想。阳极板、隔板、阴极板“三板”的用料比较多,不光增加了本钱,还会影响燃料电池的功率密度,可否把中心的隔板去掉?经过继续数年的基础研究,他们提出了“距离连通—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,然后省去了隔板。这一效果获得2019年度上海市技能发明奖特等奖。十年多学科攻关获得多项打破超薄双极板的介观制作新工艺、不锈钢基底上的复合纳米涂层,也是交大团队的原始立异效果。一块极板的厚度仅为75微米左右,比纸还薄,要在板上冲压出鳞次栉比的流道,让氢气、氧气和冷却液在那里传输,其技能难度可想而知。“为处理一冲压就裂的难题,咱们做了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穿插攻关,交大团队经过微细成形进程仿真模型,梯度圆角规划、应力积分回弹补偿等微细成形工艺规划,开宣布不同于微观制作的介观制作新工艺。检测陈述显现,超薄金属双极板制作工艺的差错操控在10微米以内。在“十年磨一剑”进程中,交大还组建了机械、资料、化学等多学科团队,探索规划出一种包括钛、铬、氮、碳等多种元素的复合涂层。其层数多达二三十层,总厚度却不到200纳米,具有高耐蚀、高导电功能。掩盖这种涂层的不锈钢双极板,经过了5000小时车载寿数测验。除了双极板,膜电极也是燃料电池的核心部件。阳极板和阴极板之间夹一片膜电极,就组成一节“三明治”结构的燃料电池。膜电极的电化学反响需要以铂为催化剂,铂俗称白金,价格昂扬。为了下降铂载量,交大燃料电池研究所所长章俊良教授带领团队获得重要打破,研宣布合适车用工况的合金催化剂,其铂载量较传统的铂碳催化剂大幅削减。2017年上海唐锋动力科技有限公司建立后,这些实验室效果逐渐转化成了产品。唐锋临港出产基地厂长李培松介绍,公司的膜电极年产能已到达80万片以上,批量使用于商用车和乘用车,铂载量到达世界先进水平。临港为氢能工业供给使用场景把握了双极板、膜电极的要害核心技能,氢晨应时而生。治臻和唐锋都是这家企业的上游供货商,氢晨将国产双极板和膜电极组装成燃料电池电堆,每台电堆由400副双极板和400片膜电极层叠安装而成。在上海市智能制作功用型渠道和临港集团的支持下,氢晨首条主动化出产线近来在自贸区临港新片区建成投产。功用型渠道总经理、交大教授习俊通介绍,这条出产线具有智能制作特征,根本完成了物流、操控流、数据流“三流合一”。例如在双极板和膜电极的匹配方面,每个部件都有二维码,扫描后即可知道它的编号和各项参数。依据这些参数,后台经过数字孪生技能完成主动匹配,让每副双极板都能找到最合适它的膜电极“伴侣”,使电堆加工功能到达其规划功能。上海市智能制作功用型渠道还参加孵化了治臻、唐锋、氢晨三家“交大系”企业,经过团队控股、渠道持股、社会资本入股、工作经理人运营的孵化形式,推进产品链、技能链、工业链协同立异,让企业快速完结了“从1到10”的科技效果转化,进入“从10到100”的展开壮大阶段。跟着《关于展开燃料电池轿车演示使用的告知》发布,这三家把握要害核心技能、构成工业链上下游联系的企业迎来了工业风口期。“氢晨出产的H2系列电堆首要用于重卡、轻型货车、公交车等商用车,也用于舰船和发电。”易培云告知记者,“公司产能计划今年末扩大到1万台/年,2021年末到达5万台/年。”三家企业都落户在临港,临港新片区管委会和临港集团为燃料电池和氢能工业供给了许多使用场景。依据规划计划,这个区域将在未来两年内建造三座加氢站、一条燃料电池动力的中运量公交线路、200辆氢能物流车和20辆氢能重卡演示运转,以及一个绿色制氢项目、两个燃料电池热电联供演示项目。作为长三角“氢走廊”的重要节点,临港别离与江苏的常熟、张家港、南通,浙江的嘉兴、杭州、绍兴、宁波等地组成了两张交通网络。商用车在临港加注一次氢气,就能驶往这些城市并回来临港。跟着加氢站的日渐增多,将有越来越多的燃料电池轿车行进在“氢走廊”上,推进长三角氢能工业的展开。