——2017年中國科協(xié)“新材料領(lǐng)域前沿跟蹤研究”課題調(diào)研之二

今年初，中國科協(xié)先進材料學(xué)會聯(lián)合體部分學(xué)會承接了2017年中國科協(xié)“新材料領(lǐng)域前沿跟蹤研究”課題，其中新能源材料部分共設(shè)置了兩個課題，一是電動汽車動力系統(tǒng)和太陽能發(fā)電與充電站系統(tǒng)關(guān)鍵新材料前沿跟蹤研究，二是新能源汽車燃料電池和供氫系統(tǒng)關(guān)鍵新材料前沿跟蹤研究。課題組在前期內(nèi)容設(shè)計、專利文獻研究、會議研討等工作的基礎(chǔ)上，于7月26日實地調(diào)研了涵蓋技術(shù)研發(fā)、高端裝備制造、組件生產(chǎn)和電站建設(shè)、業(yè)務(wù)覆蓋薄膜發(fā)電產(chǎn)業(yè)上中下游全產(chǎn)業(yè)鏈、國際領(lǐng)先的太陽能企業(yè)——漢能控股集團公司。9月26日，課題組專家洪定一教授、洪及鄙教授等一行5人，在課題組張穎教授策劃下對國內(nèi)知名的氫燃料電池發(fā)動機研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化國家級高新技術(shù)企業(yè)——北京億華通科技股份有限公司進行了實地調(diào)研，再次對課題涉及的前沿新能源材料來了個親密接觸。

日韓、美國、歐盟等國家早已為氫燃料電池汽車制定了發(fā)展戰(zhàn)略及規(guī)劃，豐田、寶馬、奔馳、現(xiàn)代、日產(chǎn)、大眾等國際汽車集團都已涉足氫燃料電池汽車的研發(fā)，他們在氫燃料電池的關(guān)鍵材料上處于領(lǐng)先地位。而我國在這方面還處于“準備階段”，尤其是受到制氫成本、電池材料等的限制，總體處于跟跑水平。億華通公司基于十多年的技術(shù)研發(fā)和車輛示范運行，研發(fā)出第三代氫燃料電池發(fā)動機。采用更加高度集成模塊化設(shè)計，即插即用，比第二代發(fā)動機體積縮小20%；采用世界領(lǐng)先干膜技術(shù)，低溫存儲、低溫啟動：氣體不需要加濕，全天候零下15°C冷啟動，零下46°C冷儲存及停機自動保護；性能、壽命、可靠性、維修性進一步提高，達到商業(yè)化產(chǎn)品級的要求。

調(diào)研中了解到，億華通自主研發(fā)的氫燃料電池發(fā)動機產(chǎn)品覆蓋10kW、30kW、60kW和150kW，應(yīng)用范圍包括：客車、物流車、乘用車、有軌電車、叉車、船舶等，主要合作伙伴有：宇通客車、福田汽車、中國中車等。其中福田汽車裝有5個瓶，可充氫20多公斤，氫氣罐壓力等級為35MPa，加氫需15分鐘，實際續(xù)航里程可達近300km。在“十三五”的開局之年，億華通公司與宇通客車簽訂了100輛氫燃料電池客車合作意向書。借2022年第24屆冬奧會契機，與張家口市政府和清華大學(xué)合作，在張家口空港技術(shù)開發(fā)區(qū)堅實燃料電池發(fā)動機生產(chǎn)基地，進入產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)階段。

氫燃料電池對所用氫氣的要求比較嚴格，要求純度達99.99%以上，氧氣含量低于5×10^-6，總S含量低于4×10^-9，氨含量低于100×10^-9，CO含量低于0.2×10^-6，CO₂含量低于2×10^-6，鹵化物含量低于50×10^-9，水含量低于5×10^-6，因此現(xiàn)在基本以水電解制氫為主，成本較高，是限制氫燃料電池發(fā)展的主要矛盾。另一個需要突破的難點是氫燃料電池堆及其質(zhì)子交換膜等關(guān)鍵材料，這正是中國科協(xié)2017年度“新材料領(lǐng)域前沿跟蹤研究”課題中“新能源材料”的核心內(nèi)容。

在億華通公司的制氫線、加壓站、加氫站、燃料電池發(fā)動機測試車間、氣瓶檢測線，課題組人員對各線重點細節(jié)、工作流程、關(guān)鍵材料、性能特點、安全保障等逐一調(diào)研，證實了文獻和專利研究中相關(guān)資料的正確性，更重要的是收集到了現(xiàn)場一線、與文獻報道中不符的實際數(shù)據(jù)和我國氫燃料電池的真實水平。調(diào)研期間，各專家與億華通公司還進行了深入的技術(shù)研討，為通過本課題的研究正確認清和把握我國氫燃料電池材料發(fā)展現(xiàn)狀和特點、優(yōu)勢和不足、關(guān)鍵問題所在，并由此提出促進我國氫燃料電池材料科學(xué)發(fā)展的指導(dǎo)性解決方案，推動我國新能源材料科技創(chuàng)新體系建設(shè)，支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，又一次夯實了依據(jù)，也為學(xué)會聯(lián)合體開展工作積累了寶貴的工作經(jīng)驗。