上海科技奖刚刚出炉 特等奖之一就已在临港产业化!

4个月前推荐杨珍莹

2019年度上海市科学技术奖励大会19日召开,隆重表彰为上海科技创新事业和经济社会发展作出突出贡献的科技工作者。


其中,由上海交通大学、新源动力股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司、上海治臻新能源装备有限公司共同完成的《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》被授予技术发明奖特等奖。该技术打破了国外垄断,为燃料电池核心部件自主可控奠定了坚实基础,为中国燃料电池汽车技术跻身国际一流行列提供了关键支撑。


记者了解到,该技术已成功产业化,在临港地区建立了我国首条金属双极板批量化生产线,年产量达到50万片。根据企业不同的需求,已推出了12款不同规格的高功率密度燃料电池薄型金属双极板,应用于10家整车厂,占据了国内市场主导地位。


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“最基本”公式钻研15年:在千分之一毫米上提升“中国精度”

成为新能源汽车方向八项前沿技术之一

 

初中化学最基本的公式,正打开新能源汽车的另一扇大门。


2H₂+O₂=2H₂O,氢与氧反应生成水并释放电能。而氢燃料电池就相当于一个小型自动运行的发电厂,能进行氢的氧化还原反应,并把燃料中的化学能转换成电能,且对环境不造成任何污染,被认为是最适应未来能源和环境要求的理想动力源之一。


而要实现这一“化学反应”在新能源车上的使用,关键技术就是一块“双极板”。


在位于临港的一间会议室里,上海交通大学机械与动力工程学院教授来新民展示了一块长400毫米、宽300毫米的金属薄片,与A3纸大小相仿,表面造型颇为复杂,而就是这块名为“高功率密度燃料电池薄型金属双极板”的产品,为上汽、一汽、东风、长城等国内燃料电池汽车企业奠定了自主可控的核心技术。并在2019世界新能源汽车大会上,被评为代表新能源汽车方向的八项前沿技术之一。


 “别看这块金属双极板只有100克,但这项技术发明是一个多学科交叉的成果,我们从2005年就开始自主研发,之后与上汽集团、新源动力等优势企业形成攻关团队;15年结成的果,是一群人坚持,才能做到这个程度。”上海交通大学机械与动力工程学院院长彭志科表示。


其中,关键的核心发明点在于实现了金属双极板替代以往的石墨双极板。


“石墨双极板脆性大、难加工,厚度减薄已趋于极限,金属双极板替代石墨双极板是实现车用电堆性能跃升的必由之路。”来新民说。


但金属极板精度要求非常高,要形成量产,需要解决冲压成形、焊接、涂层等多项工序,在“一丝一毫”上提升精度。


此前,国际上金属双极板做到了“三板三场”,但在来新民团队的钻研下,发明了“两板三场”的新结构:即采用两个冲压件就能形成独立联通的氢、氧、水三个流场。


“极板厚度比业界最薄的石墨极板降低52%,比石墨极板电堆功率密度提升2.4倍,实现了在轿车前舱的成功布置。”来新民教授表示。


记者了解到,《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》项目发明点还包括了金属极板多工序精密成形工艺、不锈钢双极板的耐蚀导电多元复合涂层、金属双极板多品种连续化制造等。


以成形工艺为例,将金属板流道深度波动误差从60微米(1微米相当于1毫米的千分之一)降低到15微米,精度提高4倍,使得双极板叠装片数从130片提升至400片,由此开发了首个400片115kW大功率车用电堆,实现了燃料电池汽车的全功率驱动。


在位于临港的工厂内,记者看到一种特殊的涂料及喷涂模式:一分钟不到,八片金属极板就被均匀涂上了20多种“混合涂料”,而这样的工艺技术,让极板导电和耐蚀性能达到黄金水平,涂层效率提升8倍,成本大幅度降低。


以上的众多技术革新,一举解决了长期制约燃料电池汽车规模化推广的国际难题,让国产燃料电池实现了“高功率密度、大功率输出、长寿命运用、低成本制造”。该项目研发团队还参与编制了国家标准13项;获中国发明专利37项。


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氢燃料电池加氢3分钟续航600公里

市场被激活 国内商用进程加速推进

 

“我们开发的金属极板在国内率先通过了5000小时车载工况寿命考核,”来新民说,“ 400片金属极板可组成一辆车所需的氢燃料电池,加氢3分钟可续航600公里。”


2015年,使用该项技术的国内第一辆金属极板燃料电池轿车上路,随后上汽集团2016年和2017年相继推出了荣威950燃料电池乘用车和上汽大通FCV80燃料电池轻客。目前,在上汽、东风、长城等国内品牌车商10余款车型上装载。

当前氢燃料电池汽车正处于导入提速阶段,尤其近两年,无论是国家还是地方政府,在相关规划和政策中“氢能”被频频提及,而车企及相关供应链企业亦加快在此方面的投入力度。


根据我国2016年发布的“节能与新能源汽车技术路线图”,2030年,中国燃料电池汽车的规模要达到百万辆级。但在商业化推进过程中,依然面临着诸多现实问题,特别是加氢站配套建设等,但这一点,也有望加速突破。


根据《中国氢能产业基础设施蓝皮书》提到,到2030年,国内将建成加氢站1000座。《上海市燃料电池汽车发展规划》中也提及,2021-2025年在示范运行与推广层面,上海将建成加氢站50座,乘用车不少于2万辆、其它特种车辆不少于1万辆,在公交、商用大巴、物流车前期试点运行成功的基础上,酌情扩大推广规模。


据悉,由上海交通大学科研团队发起建立的上海治臻公司在临港产业园建成的金属双极板研发与制造基地,在2017年底年产能已达到50万片以上。目前,上海治臻累计开发了6代高性能金属双极板,在上汽集团、新源动力、中船重工、武汉理工新能源等国内主要企业得到了批量应用,成为了国内金属双极板最大的供应商。新的扩产计划已经实施,明年将再建成两条生产线,为国内氢燃料电池汽车商用进程加速提前储备“燃料”。  


栏目主编 许素菲

责任编辑 刘婉鑫

视频 瞿黎春

摄影 朱泉春