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氢燃料电池创新技术
发表于 2021-10-09 浏览:332
新能源产业是国家大力鼓励的发展方向,国家能源局等部委指导下首部《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中,明确了燃料电池汽车、加氢站数量的总量目标,而且对氢能源比例、燃料电池系统产能和相关电堆及零部件产值做出规划,燃料电池产业发展路径更为具体和系统。与规划数据相比,国内氢能现状仍有一段差距,说明未来氢燃料行业仍有较大的成长空间,可预期氢燃料行业仍将保持较快的发展速度。

1、国家政策

新能源产业是国家大力鼓励的发展方向,国家能源局等部委指导下首部《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中,明确了燃料电池汽车、加氢站数量的总量目标,而且对氢能源比例、燃料电池系统产能和相关电堆及零部件产值做出规划,燃料电池产业发展路径更为具体和系统。与规划数据相比,国内氢能现状仍有一段差距,说明未来氢燃料行业仍有较大的成长空间,可预期氢燃料行业仍将保持较快的发展速度。

2、市场简介

在电动汽车数量激增的大潮中,纯电动汽车续驶里程不足问题表现突出,燃料电池作为增程器广受欢迎;在CO2减排、空气质量治理的政府导向下,燃料电池替代内燃发电机、替代汽车发动机的趋势明显;在可再生能源发电装机容量快速增长的同时,为燃料电池制氢被认为是“弃电”的最佳解决方案。

国家出台的《国家创新驱动发展战略纲要》等重要文件中,明确提及要大力发展氢燃料汽车。到2030年,我国要实现氢燃料电池汽车保有量200万辆的目标,此外,中国工程汽车学会预测到2030年,我国氢能汽车产业产值有望突破万亿元大关。

3痛点问题

燃料电池热潮正在兴起,但关键技术难攻克,全球能够商业化供应氢燃料电池质子交换膜材料的公司除了美国杜邦,再无他家。日本境内也有一家公司同样可以生产,但这家公司拒绝对任何国家销售该产品;另外国产燃料电池售价比国外高,国内许多单位纷纷进口燃料电池,装车示范或生产燃料电池车。

氢燃料电池创新技术团队研发的燃料电池是质子交换膜燃料电池,是目前国内外的研发热点,可满足多场合的需求。只有生产线的量产技术,才能降低成本和保证产品质量一致性。

技术亮点

该项目在多年的研发成果基础上,进行氢燃料电池及相关产品的工程化开发和小批量生产。自主研发的核心产品:燃料电池堆、燃料电池双极板、燃料电池系统、燃料电池故障规避器和燃料电池测试仪器等。燃料电池系统面向无人机、汽车、基站等不同需求定制生产,故障规避器可为国内外燃料电池堆配套,燃料电池测试设备可满足燃料电池科研及生产需要。项目拥有40余项知识产权,核心技术如下:

1)燃料电池堆

电堆由多片膜电极和双极板叠加而成,其中膜电极是发电部件,双极板是供气、导电和冷却的机加工部件。低成本,高功率,高密度,独有专利。自主研发的第二代电堆通过干式金属双极板技术和高压电堆密封技术实现电堆体积功率密度大幅提升,有望突破3.1kW/L。2018年该产品已在无人机领域应用。

 

2)双极板

团队从2004年开发出双页重力排水双极板(2009年本田推出V-Flow)开始,陆续开发出变流道截面强排水双极板、逆流自增湿双极板、石墨压铸双极板、金属冲压双极板等,集成出质子交换膜燃料电池堆、高温膜燃料电池堆、锌空气燃料电池堆等。自主设计流道,独有专利。自主研发表面处理技术,基材选用钛材,经特殊的表面处理,大大降低了腐蚀电流,延长寿命到5000h以上。

3)检测平台

燃料电池发电性能取决于膜电极,国内与国外的燃料电池最大差异在于膜电极一致性,因“短板效应”严重影响使用寿命和可靠性。团队开发出一种可同步检测多片膜电极多参数(催化剂活性面积、膜渗透电流、膜绝缘电阻、双电层电容)技术和专用仪器,填补了国内外空白,提高了电堆性能、寿命和膜电极一致性。

4)故障规避器

故障规避器是保障燃料电池可靠运行的“法宝”,为验证效果,让燃料电池氢气侧出现水淹,打开故障规避器,所调控的压力降就自动进入控制窗,燃料电池性能恢复到正常,针对燃料电池易出现水管理等故障问题,实现燃料电池无人值守,尤其对无人机、通讯基站大规模安全使用的必要保障。微电流性能恢复技术,可延长10%以上电池使用寿命。

5)锌空燃料电池

锌空燃料电池的最大优势是不着火,是军用的绝佳电源,但是一般功率密度都偏低,难超过200mW/cm2,2014年团队开发出高功率密度锌空燃料电池堆,功率密度达到435mW/cm2,2015年达到520mW/cm2,同时实现了燃料锌颗粒的再生还原,为实现锌空燃料电池产业链积累了很好技术。团队重点攻关反应产物的在线滤出,不需要携带大量电解液,大大提升了总体能量密度,满足汽车需求。

5团队优势

项目技术和核心团队均源自清华大学国家重点实验室,由国家标委会燃料电池及液流电池分会委员担任项目负责人。项目团队经验十分丰富,其研发项目曾多次获得北京市科学技术奖。

在上述产品技术的研发中,投入科研经费已累计3000余万元,包括国家863项目、国家973项目、国家自然科学基金项目、北京市科技发展项目、国际合作项目、企业合作项目、清华自主课题和重点实验室自主课题等,形成发明专利40余项。

6合作展望

该项目具有同行业领先技术创新优势,现寻址建立试制和生产基地,尽快把项目的多项技术成果转化为产品,形成批量生产和销售,并不断提升产品技术和换代。预计达产后收入可达数亿元,纳税可达百万元。

7联系方式

(请在公众号留言获取详细项目信息)

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