作為被廣泛看好的未來(lái)新能源解決方案之一，發(fā)展氫能與燃料電池汽車(chē)正成為廣泛共識(shí)。
在剛剛公布的2019年上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)名單中，由上海交通大學(xué)來(lái)新民等完成的《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)》榮獲技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。
5月19日，澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者從上海交通大學(xué)獲悉，該技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了燃料電池金屬雙極板技術(shù)的突破，為多家國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)企業(yè)奠定了自主可控的核心技術(shù)。
2019年12月3日，工業(yè)和信息化部公布《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，鼓勵(lì)發(fā)展氫燃料電池行業(yè)，提出要提高氫燃料制儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性，因地制宜開(kāi)展工業(yè)副產(chǎn)氫及可再生能源制氫技術(shù)應(yīng)用，加快推進(jìn)先進(jìn)適用儲(chǔ)氫材料產(chǎn)業(yè)化；推進(jìn)加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，支持利用現(xiàn)有場(chǎng)地和設(shè)施，開(kāi)展油氣氫電綜合供給服務(wù)，支持有條件的地區(qū)開(kāi)展燃料電池汽車(chē)商業(yè)化示范運(yùn)行。
但燃料電池“高功率密度、大功率輸出、長(zhǎng)壽命運(yùn)行、低成本制造”是長(zhǎng)期制約燃料電池汽車(chē)規(guī)模化推廣的國(guó)際難題，如何破題，是氫能與燃料電池汽車(chē)推廣的關(guān)鍵。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)介紹，燃料電池電堆是整車(chē)制造的核心，100kW電堆由400多片雙極板和膜電極疊裝而成。雙極板占電堆體積80%，承載氫、氧、水三場(chǎng)傳輸和導(dǎo)電功能，細(xì)密流場(chǎng)具有跨尺度特征，要求微米級(jí)精度。
而石墨雙極板脆性大、難加工，厚度減薄已趨于極限，石墨極板電堆性能遭遇瓶頸，因此，金屬雙極板替代石墨雙極板是實(shí)現(xiàn)車(chē)用電堆性能躍升的必由之路。
金屬雙極板制造面臨四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。車(chē)用電堆要求必須有大于3kW/L的高功率密度，同時(shí)還需要具備高于100kW的大功率輸出，并且要有超過(guò)十年使用壽命的運(yùn)行時(shí)間，最后還得考慮制造成本問(wèn)題。歸納下來(lái)，金屬雙極板制造需要具備厚度薄、精度高、耐腐蝕性強(qiáng)和生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。
為此，科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十余年的研究，發(fā)明薄型金屬雙極板“兩板三場(chǎng)”新結(jié)構(gòu)、極板多步成形誤差補(bǔ)償與激光焊接變形抑制技術(shù)、耐蝕導(dǎo)電多元材料復(fù)合涂層及其磁控濺射制備技術(shù)、雙極板涂層的多腔連續(xù)磁控濺射等工藝裝備，建立了中國(guó)首條金屬雙極板批量化生產(chǎn)線(xiàn)。
發(fā)明“兩板三場(chǎng)”金屬雙極板結(jié)構(gòu)，通過(guò)沖壓件的間隔支 撐和錯(cuò)層密封形成翻轉(zhuǎn)的流場(chǎng)，采用兩個(gè)沖壓件形成獨(dú)立聯(lián)通 的氫、氧、水三個(gè)流場(chǎng)。 上海交通大學(xué)供圖
團(tuán)隊(duì)提出的“兩板三場(chǎng)”構(gòu)型已經(jīng)在國(guó)際上成為金屬極板設(shè)計(jì)新標(biāo)桿。
科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人介紹，其極板厚度比業(yè)界最薄的石墨極板降低52%，比石墨極板電堆功率密度提升2.4倍，實(shí)現(xiàn)了在轎車(chē)前艙的成功布置。
此外，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的金屬極板在國(guó)內(nèi)率先通過(guò)5000小時(shí)車(chē)載工況壽命考核，在國(guó)內(nèi)金屬極板市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位；成果應(yīng)用于中國(guó)首輛金屬極板燃料電池轎車(chē)與客車(chē)、首個(gè)上汽P390型115kW車(chē)用全功率電堆開(kāi)發(fā)，為上汽、東風(fēng)、長(zhǎng)城等國(guó)內(nèi)金屬極板燃料電池汽車(chē)開(kāi)發(fā)提供了自主可控的核心技術(shù)。
