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解放网 支撑燃料电池汽车全功率驱动，金属双极板获上海技术发明特等奖

摘要：突破关键核心技术的秘诀是什么？来新民认为 ， 基础研究的创新策源、与产业界合作的工程实践 ， 是高校科研成功的两大法宝 。
解放网 支撑燃料电池汽车全功率驱动，金属双极板获上海技术发明特等奖
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今天上午举行的2019年度上海市科技奖励大会上 ， “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”项目荣获上海市技术发明奖特等奖 。 双极板是燃料电池的核心部件之一 ， 上海交通大学科研团队经过15年研发 ， 与上汽集团、新源动力、上海治臻等企业合作研制出了具有自主知识产权的金属双极板 。
这种采用“两板三场”结构设计的双极板是国际首创 ， 其性能指标达到国际先进水平 。 由国产双极板串联层叠组成的车用电堆 ， 功率为115千瓦 ， 处于国际“领跑”地位 ， 实现了燃料电池汽车的全功率驱动 。
“15年磨一剑”初心不改
“研发燃料电池的人要有情怀 ， 在看不清市场前景的情况下 ， 也不能放弃 。 ”作为项目第一完成人 ， 上海交大机械与动力工程学院来新民教授感慨道 。 燃料电池以氢气、空气中的氧气等为原料 ， 在催化剂作用下通过化学反应产生电流 ， 排放的是水 ， 不会造成空气污染 。 业界普遍认为 ， 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” 。 与纯电动汽车相比 ， 燃料电池汽车的加注时间很短 ， 续航里程更长 ， 环保性能更优 。 然而在各种新能源汽车中 ， 燃料电池汽车的商用进程较慢 ， 市场前景长期以来不太明晰 。
早在2005年 ， 来新民就开始带领团队研发燃料电池双极板 。 在“15年磨一剑”历程中 ， 他们遇到过很多技术挑战 ， 也一度因看不清燃料电池汽车的发展前景而感到困惑 ， 但他们选择了坚持 ， 始终没有改变研究方向 。
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从2017年起 ， 中国、日本、韩国、欧盟和美国相继发布了氢能发展规划 。 根据我国政府规划 ， 到2030年 ， 国内燃料电池汽车将达到百万辆规模 。 根据上海市政府规划 ， 到2030年 ， 上海燃料电池汽车全产业链年产值将突破3000亿元 ， 带动全国燃料电池产品多元化应用 。
如何实现我国氢能蓝图、打造上海产业高地？研发燃料电池的关键核心技术是必由之路 。 作为核心部件 ， 双极板占电堆体积的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 。 在厚度仅为1毫米左右的金属双极板上 ， 分布着密密麻麻的流道 ， 精度达到微米级 ， 氢气、氧气、冷却液就在这些流道里传输 ， 发生奇妙的电化学反应 。 近年来 ， 日本、欧洲企业研制出钛合金双极板 ， 取代了传统的石墨双极板 。 如果中国企业无法制造这种部件 ， 国内汽车企业就只能依赖进口 。
创新策源实现“两板三场”
突破关键核心技术的秘诀是什么？来新民认为 ， 基础研究的创新策源、与产业界合作的工程实践 ， 是高校科研成功的两大法宝 。
日本、欧洲企业生产的金属双极板都采用“三板三场”结构设计 ， 即用阳极板、隔板、阴极板将氢气场、氧气场、冷却液流场隔开 。 能否简化这种结构 ， 去掉隔板 ， 改为“两板三场”？在研发早期阶段 ， 交大团队提出了这一原创构想 。 “三块板的用料比较多 ， 不仅增加了成本 ， 而且分量也重 ， 这样就会影响燃料电池的功率密度 。 ”特等奖项目第六完成人、上海治臻总经理蓝树槐博士解释说 。
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为实现“两板三场”的构想 ， 交大团队开展了持续数年的基础研究 ， 提出“层越设计”等多个原创性理论 ， 让氢气、氧气等气体从进口公用管道进入分配区后 ， 能自行翻过流场 ， 从而省去中间的隔板 。 经过三代12款双极板研发 ， “两板三场”结构不断改进 ， 已得到充分的工程验证 。 目前 ， 沪研双极板的厚度在1毫米以内 ， 功率密度超过3千瓦/升 ， 达到国际领先水平 。


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