山西省將氫能領(lǐng)域6個重點攻關(guān)方向列為2020年度科技重大專項

　　近日，山西省科技廳發(fā)布山西省2020年度科技重大專項項目指南，并組織項目申報。

　　據(jù)悉，本次發(fā)布的項目指南涵蓋我省開展能源革命涉及4個領(lǐng)域科技重大專項，即煤層氣領(lǐng)域、煤炭綠色智能開采領(lǐng)域、氫能領(lǐng)域和燃煤發(fā)電領(lǐng)域；其中氫能領(lǐng)域分為6個重點攻關(guān)方向，按照“圍繞產(chǎn)業(yè)鏈，部署創(chuàng)新鏈”的要求，突破新型儲氫、運氫、用氫環(huán)節(jié)中的重大基礎(chǔ)前沿理論，攻克高密度儲氫、高效率燃料電池、車載氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，形成一批具有國際先進(jìn)水平的高效、綠色、低成本氫能關(guān)鍵技術(shù)及裝備。

　　以下為申報指南氫能領(lǐng)域6個重點攻關(guān)方向具體要求：

　　氫能與燃料電池是我國引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的新興支柱產(chǎn)業(yè)和能源科技重點創(chuàng)新方向。為貫徹落實《關(guān)于在山西開展能源革命綜合改革試點的意見》、《山西能源革命綜合改革試點行動方案》，利用我省的氫能資源稟賦，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈，掌握氫能領(lǐng)域技術(shù)制高點和發(fā)展先機，促進(jìn)我省氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，現(xiàn)發(fā)布2020年能源革命氫能領(lǐng)域項目指南。

　　氫能領(lǐng)域科技重大專項的總體目標(biāo)是：鼓勵高?？蒲性核c省內(nèi)相關(guān)龍頭企業(yè)開展氫能領(lǐng)域的合作，按照“圍繞產(chǎn)業(yè)鏈，部署創(chuàng)新鏈”的要求，突破新型儲氫、運氫、用氫環(huán)節(jié)中的重大基礎(chǔ)前沿理論，攻克高密度儲氫、高效率燃料電池、車載氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，形成一批具有國際先進(jìn)水平的高效、綠色、低成本氫能關(guān)鍵技術(shù)及裝備，為山西能源革命綜合試點做出貢獻(xiàn)。

　　申報單位應(yīng)根據(jù)指南的支持方向，面向解決重大科學(xué)問題和突破關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行一體化設(shè)計。鼓勵圍繞一個重大科學(xué)問題或重要應(yīng)用目標(biāo)，多學(xué)科聯(lián)合，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用全鏈條組織項目。鼓勵依托國家重點實驗室等重要科研基地組織項目。申報項目的研究內(nèi)容須涵蓋指南所列的全部考核指標(biāo)。

　　除特殊說明外，每個方向擬支持項目數(shù)均為1項。

　　重大攻關(guān)方向：

　　1、碳纖維復(fù)合材料IV型塑料內(nèi)膽高壓儲氫容器的研制與開發(fā)

　　研究內(nèi)容: IV型高壓儲氫容器采用塑料內(nèi)膽，碳纖維纏繞層數(shù)多，內(nèi)膽制作困難，強度要求高，目前行業(yè)內(nèi)尚無完全可借鑒的經(jīng)驗。針對IV型高壓儲氫容器的要求，重點突破塑料內(nèi)膽的研制總體技術(shù)要求；進(jìn)行碳纖維纏繞路徑的優(yōu)化設(shè)計；開展內(nèi)膽的機加工藝研究；開展項目產(chǎn)品水壓試驗研究；進(jìn)行項目產(chǎn)品纏繞層無損檢測以及纏繞層與內(nèi)膽界面之間的無損檢測研究。

　　考核指標(biāo)：碳纖維高壓儲氫容器公稱壓力70 MPa，破裂壓力達(dá)到115 MPa，儲氫量高達(dá)9wt%，壓力循環(huán)次數(shù)高達(dá)20萬次；與Ⅲ型高壓容器的比較，滿足相同設(shè)計指標(biāo)下碳纖維的使用量減少35%左右，成本降低30～40%, 形成年產(chǎn)100個產(chǎn)品的小試示范規(guī)模。

　　2、加氫關(guān)鍵部件安全性能測試技術(shù)及裝備示范

　　研究內(nèi)容：針對加氫站關(guān)鍵零部件泄漏、斷裂等問題，開展相應(yīng)的安全性能測試技術(shù)及裝備研究。具體包括：加氫站關(guān)鍵零部件失效模式分析、故障檢測和安全評價技術(shù)；密封件及密封材料在高壓氫環(huán)境中損傷檢測技術(shù)及測試裝備；供氫系統(tǒng)關(guān)鍵零部件高壓高速氫氣沖擊（蝕）/自燃損傷檢測技術(shù)及測試裝備；火災(zāi)等極端條件下加氫站高壓儲氫容器的失效機制和泄爆技術(shù)。

　　考核指標(biāo)：密封材料在高壓氫環(huán)境中損傷檢測裝置：氫氣壓力 140 MPa、溫度 0～200 ℃，氫氣環(huán)境內(nèi)部動態(tài)力施加裝置行程≥20 mm；密封件臨氫環(huán)境服役性能測試裝置：測試壓力140 MPa、測試溫度-60～150 ℃，氫氣自動循環(huán)頻率≥3次/分鐘；高壓氫氣沖擊（蝕）/自燃測試裝備:測試壓力140 MPa、測試溫度-60～150 ℃，最大氫氣流速≥ 60 m/s；建立高壓氫環(huán)境典型密封材料性能數(shù)據(jù)庫、相關(guān)測試評價方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　3、新一代高溫氫燃料電池非鉑催化劑材料及器件

　　研究內(nèi)容: 開發(fā)適用于高溫氫燃料電池的低鉑（Pt）及非貴金屬催化劑，同時增強催化劑耐久性，建立催化劑多元素、多組分結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計新型催化劑復(fù)合結(jié)構(gòu)；建立針對催化劑的多通道高密度碳基載體體系；并將催化劑與復(fù)合金屬雙極板相匹配，進(jìn)一步組裝成單電池、電堆實體，測試并對材料進(jìn)行改性，獲得適用新型高溫氫燃料電池的高功率密度、長壽命電池器件。

　　考核指標(biāo): 高溫氫燃料電池膜電極中Pt用量≤0.3 g/kW；高溫氫燃料電池催化劑膜電極運行溫度高于140℃，電壓為0.4 V條件下，電流密度≥500 mA/cm2，并穩(wěn)定運行100 h以上，功率衰減不大于10%；質(zhì)量比活性≥450 mA/mg，完成下一代高溫氫燃料電池的中試示范生產(chǎn)。

　　4、燃料電池高溫質(zhì)子交換膜批量制備及應(yīng)用技術(shù)

　　研究內(nèi)容：針對車用燃料電池的要求，重點突破高溫?zé)o濕度條件下應(yīng)用的質(zhì)子交換膜的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)；結(jié)合離子膜發(fā)展，創(chuàng)新自具微孔聚合物膜應(yīng)用技術(shù)；開發(fā)胺類功能單體純化技術(shù)，大自由體積堿性聚合物制備技術(shù)；耐高溫質(zhì)子交換樹脂分散溶液制備技術(shù)；酸固載和自由基作用機理研究；高質(zhì)子傳導(dǎo)及穩(wěn)定的高溫質(zhì)子交換膜連續(xù)制備技術(shù)與裝備。

　　考核指標(biāo)：聚合物特性粘度大于1.3 dL/g；質(zhì)子交換樹脂溶液固含量≥3 wt%，使用溶劑沸點低于110 ℃；質(zhì)子交換膜厚度≥50 μm、偏差≤±5%，酸擔(dān)載量（ADL）大于7，酸保持率大于80 % （80℃, 40 % RH）；質(zhì)子傳導(dǎo)率≥0.1～0.25 S/cm（180 ℃，無加濕），質(zhì)子傳導(dǎo)率穩(wěn)定性大于1000小時（180℃，10 % RH）；實現(xiàn)400 mm幅寬卷對卷連續(xù)制備技術(shù)，實現(xiàn)在160～200 ℃的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，形成年產(chǎn)2萬平米中試示范生產(chǎn)。

　　5、大功率車載氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)核心技術(shù)及示范

　　研究內(nèi)容: 開發(fā)高功率密度、長壽命的車用氫燃料電池動力系統(tǒng)?；谲囕d工況，開展供氣、供氫、冷卻、DC-DC等子系統(tǒng)關(guān)鍵零部件系統(tǒng)架構(gòu)模塊化集成設(shè)計；開發(fā)大功率氫燃料發(fā)動機穩(wěn)定可靠精準(zhǔn)實時在線控制、測試及監(jiān)測系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)；并進(jìn)行裝車示范應(yīng)用。

　　考核指標(biāo)：開發(fā)完成氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)，發(fā)動機系統(tǒng)額定功率＞150 kW，發(fā)動機系統(tǒng)效率≥45%，發(fā)動機系統(tǒng)功率密度體積比≥600 W/L，發(fā)動機系統(tǒng)壽命≥15000 h；建立發(fā)動機系統(tǒng)測試平臺，建成年產(chǎn)1000臺以上的生產(chǎn)線，完成產(chǎn)品開發(fā)，實現(xiàn)不少于5輛的高混合度氫燃料電池重卡示范應(yīng)用。

　　6、氫燃料電池應(yīng)用技術(shù)研究及機車研制

　　研究內(nèi)容：針對燃料電池在機車上的應(yīng)用需求，重點突破氫燃料電池在機車上的應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，開展氫燃料電池在機車上的應(yīng)用及混合動力技術(shù)研究；開展不同功率等級的動力包技術(shù)研究；研究氫燃料電池動力機車控制系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)應(yīng)用層軟件；搭建不同功率氫燃料電池動力機車的通用平臺，實現(xiàn)氫燃料電池動力機車系統(tǒng)集成。

　　考核指標(biāo)：（1）氫燃料電池動力機車平臺，軸數(shù)：4軸/6軸，輪周輸出功率：1000 kW/700 kW/500 kW，啟動牽引力：≥200 kN/≥160 kN/≥120 kN，持續(xù)牽引力：≥200 kN/≥160 kN/≥120 kN，最高運營速度≥80 km/h；（2）氫燃料電池與其它動力方式的匹配及混合動力能量管理策略滿足機車功率輸出需求；（3）動力包實現(xiàn)模塊化、系列化設(shè)計；（4）機車控制系統(tǒng)及應(yīng)用層軟件滿足機車控制及人機交互功能需求；（5）氫燃料電池具有模塊化、節(jié)能、零排放、低噪聲的特點，具有中試及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的條件。