“氫”+“氧”產(chǎn)生水，這一簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)，代表新能源汽車未來發(fā)展的高階方向。但是，如何在一塊車用燃料電池里充分利用好氫氣，產(chǎn)生“高、大、長(zhǎng)”的動(dòng)力，則是一道國(guó)際性難題。今天上午，這道國(guó)際難題的破解之道，豁然登上2019年度上?？萍吉?jiǎng)勵(lì)大會(huì)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。由上海交通大學(xué)、新源動(dòng)力股份有限公司、上海汽車集團(tuán)股份有限公司和上海治臻新能源裝備有限公司共同攻關(guān)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)”，今天榮獲2019年度上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。
“發(fā)動(dòng)機(jī)”里有乾坤
發(fā)展氫能與燃料電池汽車成為全球共識(shí)，我國(guó)已將燃料電池汽車列入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，預(yù)計(jì)2030年年產(chǎn)量達(dá)百萬輛。而燃料電池，正是這一輛輛未來汽車的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。鉆進(jìn)“發(fā)動(dòng)機(jī)”內(nèi)，數(shù)百?gòu)堧姵匕濉笆掷帧苯M成的電堆，則是燃料電池產(chǎn)生動(dòng)力源的核心；又由于電堆要占到燃料電池系統(tǒng)60%的成本以及整車30%的成本，電堆又是燃料電池汽車降低成本的“金鑰匙”。
“由于汽車市場(chǎng)對(duì)于大功率、長(zhǎng)距離、低成本的要求，燃料電池電堆發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是從原來增程式或小功率，向著全功率模式轉(zhuǎn)變?！表?xiàng)目負(fù)責(zé)人，上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授來新民告訴記者，研制高功率密度、大功率輸出、長(zhǎng)壽命運(yùn)行和低成本制造的車用電堆，成為整個(gè)科研團(tuán)隊(duì)自2005年以來不變的初心。
而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，傳統(tǒng)的石墨板電堆，必須被顛覆?！俺擞密嚾剂想姵貙?duì)體積和重量要求嚴(yán)苛，碳材料電池板又大又重?！笨墒翘娲f說容易，實(shí)踐起來需要從技術(shù)到生產(chǎn)全部自主創(chuàng)新。項(xiàng)目歷經(jīng)十余年研究，終于發(fā)明了薄型金屬雙極板“兩板三場(chǎng)”新結(jié)構(gòu)。基于該結(jié)構(gòu)，氫、氧、水流場(chǎng)的新型分配形式，創(chuàng)造出三代12款金屬雙極板。
金屬板的“中國(guó)方案”
這不就是一塊車牌嗎？當(dāng)手里拿著這片長(zhǎng)40厘米、寬10厘米的金屬板，很難想象這是“十五年才磨出的一劍”。只見這塊厚度不超過1.2毫米的金屬板上，刻著一道道整齊有序的花紋，看上去沒有什么特別。而正是它，實(shí)現(xiàn)了金屬板厚度比業(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，讓燃料電池成功布置在轎車前艙。
接下來，400片金屬極板既要緊密“排排站”，又不能“擠在一起”，研究人員創(chuàng)造出貼緊極板多步成形誤差補(bǔ)償、激光焊接變形抑制等一系列新技術(shù)、新工藝，突破了金屬雙極板電堆疊放的接觸均勻性瓶頸。在全球，開發(fā)出首個(gè)400片115千瓦大功率車用電堆，實(shí)現(xiàn)了燃料電池汽車的全功率驅(qū)動(dòng)，也就是加一次氫氣，可以一口氣跑上600公里。
在2019年世界新能源汽車大會(huì)上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)的電堆技驚四座，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)、國(guó)際知名汽車品牌企業(yè)紛紛前來位于臨港的上海治臻考察，并提出了多方面的合作事宜。
創(chuàng)新鏈條“第一步”
對(duì)于金屬雙極板來說，提出全新結(jié)構(gòu)、開發(fā)新產(chǎn)品只是漫長(zhǎng)創(chuàng)新鏈條的第一步。為了高功率密度燃料電池薄型金屬雙極板，從論文項(xiàng)目變成生產(chǎn)圖紙；讓裝有“交大”金屬雙極板電堆的新能源汽車，從生產(chǎn)線加速跑上高速路。來新民與志同道合的同事、學(xué)生一道，依托多年耕耘的科研項(xiàng)目開始創(chuàng)業(yè)，成立了上海治臻。
很“幸運(yùn)”，公司發(fā)展之初得到了上汽集團(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，新源動(dòng)力大力協(xié)作。同時(shí)，上海市科委和臨港集團(tuán)連續(xù)支持，讓這家不到10人的科技小公司，快速成長(zhǎng)到80余人的成長(zhǎng)型企業(yè)。如今，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建成了年產(chǎn)50萬片金屬板全流程生產(chǎn)線，占據(jù)國(guó)內(nèi)氫能源燃料電池市場(chǎng)的半壁江山以上。
“這只是中國(guó)氫能源燃料電池汽車發(fā)展的一小步?！眮硇旅裾f，中國(guó)汽車想要在新能源汽車上真正實(shí)現(xiàn)彎道超車，還需要在多個(gè)部件、材料、系統(tǒng)上有更大的突破。
新民晚報(bào)記者 馬亞寧
