上海技術(shù)發(fā)明特等獎(jiǎng) | 為氫能汽車“心臟”貢獻(xiàn)“中國(guó)方案”

　　獎(jiǎng)項(xiàng)：2019年度上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)項(xiàng)目

　　名稱：高功率密度燃料電池薄型金屬雙極板及批量化精密制造技術(shù)

　　當(dāng)前，發(fā)展氫能與燃料電池汽車已成為全球共識(shí)，我國(guó)也將燃料電池汽車列為國(guó)家新能源發(fā)展戰(zhàn)略，預(yù)計(jì)2030年年產(chǎn)量將達(dá)百萬(wàn)輛。

　　如果說(shuō)傳統(tǒng)汽車的“心臟”是發(fā)動(dòng)機(jī)，那么氫能源燃料電池汽車的“心臟”就是雙極板和膜電極疊裝而成的燃料電池電堆。自2005年起，上海交通大學(xué)就開始研發(fā)“高功率密度燃料電池薄型金屬雙極板”，迄今已研發(fā)出了六代具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，掌握了“全工藝鏈集成”關(guān)鍵自主核心技術(shù)，為氫能汽車“心臟”貢獻(xiàn)“中國(guó)方案”；與上汽集團(tuán)等聯(lián)合成立上海治臻新能源裝備有限公司產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，落戶上海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)，實(shí)現(xiàn)了向國(guó)內(nèi)核心主機(jī)廠及電堆企業(yè)的大規(guī)模量產(chǎn)供貨。

　　今天，這塊輕薄、小巧的金屬板及其全套精密制造技術(shù)被授予2019年度上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

　　創(chuàng)新“兩板三場(chǎng)”結(jié)構(gòu)，引爆全球燃料電池行業(yè)

　　這不就是一塊車牌嗎？任誰(shuí)乍一眼看到這塊長(zhǎng)40厘米、寬10厘米的金屬板，都會(huì)萌生出這樣的念頭。但如果再多看一眼，就能發(fā)現(xiàn)它的與眾不同之處——在厚度不超過(guò)1.2毫米金屬板上刻著七八十個(gè)流道，每個(gè)流道長(zhǎng)約40厘米，間隔不超過(guò)400微米。400多塊這樣的金屬雙極板疊起來(lái)，就組成了一個(gè)高功率密度燃料電池電堆。

　　燃料電池電堆是整車制造的核心，雙極板占電堆體積的80%。過(guò)去，大部分相關(guān)企業(yè)都采用“三板三場(chǎng)”結(jié)構(gòu)，可即便是業(yè)內(nèi)最薄的雙極板也有2.1毫米厚，數(shù)百塊板疊起來(lái)很難裝進(jìn)汽車前艙。上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院來(lái)新民教授課題組一開始就瞄準(zhǔn)了“兩板三場(chǎng)”結(jié)構(gòu)，這樣一來(lái)，雙極板厚度僅有1毫米。

　　然而，要讓這塊板“瘦下來(lái)”并不容易。來(lái)新民說(shuō)，此前大家之所以要用三板，是因?yàn)榻饘侔逍枰休d氫、氧、水三種流場(chǎng)互不干擾的流通，抽掉中間的一層隔板后，必須要通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新讓明明處在同一空間中的不同物質(zhì)各走各道，設(shè)計(jì)難度可想而知。

　　2005年起，上海交大、新源動(dòng)力、上汽集團(tuán)組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，終于在2008年推出了“兩板三場(chǎng)”金屬雙極板，不僅單片厚度降低52%，電堆功率提高到原來(lái)的2.4倍，更實(shí)現(xiàn)了400片電池電堆在轎車前艙的成功布置。

　　“兩板三場(chǎng)”結(jié)構(gòu)地出現(xiàn)，直接“引爆”了氫能源燃料電池行業(yè)。在2019年世界新能源汽車大會(huì)上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)的電堆被評(píng)為代表新能源汽車方向的八項(xiàng)前沿技術(shù)之一，國(guó)內(nèi)外知名汽車企業(yè)紛紛來(lái)到位于臨港的上海治臻考察，提出了多方面合作事宜。

　　從選材到制造工藝，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)借鑒一點(diǎn)點(diǎn)走通了

　　對(duì)于金屬雙極板來(lái)說(shuō)，提出全新結(jié)構(gòu)只是漫長(zhǎng)創(chuàng)新鏈條的第一步。想要做出可支撐汽車跑上幾百公里的燃料電池，前面還有無(wú)數(shù)只“攔路虎”等著他們。

　　氫能源燃料電池需要在充滿“矛盾”的場(chǎng)景中工作——既要高導(dǎo)電，又要耐腐蝕，究竟選用什么樣的材料讓研發(fā)人員傷透腦筋。“沒(méi)有前人的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，只有靠老辦法一點(diǎn)點(diǎn)試。”最終，涂著團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多元復(fù)合涂層的電堆，成為國(guó)內(nèi)第一家通過(guò)車用5000小時(shí)壽命考核的電池。換句話說(shuō)，這車跑上10年，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)壞。

　　不斷攻克技術(shù)難題的同時(shí)，上海治臻把金屬雙極板的全套制造工藝體系搭了起來(lái)。在位于臨港的生產(chǎn)車間里，一卷卷光潔如鏡的不銹鋼板變成形如手風(fēng)琴的電堆。在涂層車間，一排排成形和焊接好的極板“排隊(duì)”進(jìn)入有十余個(gè)腔體的磁控濺射涂層間，一分鐘后，數(shù)十層致密復(fù)合膜已裝涂完畢。

　　幸運(yùn)背后，是上海這座城市對(duì)創(chuàng)新的崇尚與渴望

　　捧著特等獎(jiǎng)證書，來(lái)新民不禁回想起十多年前夢(mèng)開始的時(shí)候。因?yàn)轭A(yù)見到未來(lái)氫能源燃料電池汽車的發(fā)展機(jī)遇，他與志同道合的同事和學(xué)生一起開始創(chuàng)業(yè)。萬(wàn)事開頭難，但他們很“幸運(yùn)”地得到了上汽集團(tuán)連續(xù)五年燃料電池技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目的穩(wěn)定投入。在他看來(lái)，幸運(yùn)背后，正是上海這座城市對(duì)創(chuàng)新的崇尚與渴望。

　　15年來(lái)，上海市科委不斷加大對(duì)項(xiàng)目研發(fā)的投入力度，臨港集團(tuán)也給予了大力支持，讓上海治臻從一家不到10人的小公司成長(zhǎng)到80余人。如今，公司建成了年產(chǎn)50萬(wàn)片金屬雙極板全流程生產(chǎn)線，占據(jù)國(guó)內(nèi)氫能源燃料電池市場(chǎng)半壁以上江山。

　　“這只是中國(guó)氫能源燃料電池汽車發(fā)展的一小步。”來(lái)新民說(shuō)，中國(guó)汽車想要彎道超車，還需要在多個(gè)部件、材料、系統(tǒng)上有更大突破。團(tuán)隊(duì)成員希望，不久的將來(lái)，氫能源燃料電池汽車成規(guī)模地走上街頭：只需加氫三五分鐘，一口氣跑上600公里不“喘氣”。（作者:沈湫莎）