科技部關(guān)于發(fā)布國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“制造基礎(chǔ)技術(shù)與關(guān)鍵部件”等重點(diǎn)專項(xiàng)2020年度項(xiàng)目申報(bào)指南的通知
各省、自治區(qū)、直轄市及計(jì)劃單列市科技廳(委、局)，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)科技局，國(guó)務(wù)院各有關(guān)部門科技主管司局，各有關(guān)單位：
根據(jù)國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于深化中央財(cái)政科技計(jì)劃（專項(xiàng)、基金等）管理改革的方案》（國(guó)發(fā)〔2014〕64號(hào)）的總體部署，按照國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃組織管理的相關(guān)要求，現(xiàn)將“制造基礎(chǔ)技術(shù)與關(guān)鍵部件”等重點(diǎn)專項(xiàng)2020年度項(xiàng)目申報(bào)指南予以公布。
其中，“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)共包括以下9項(xiàng)：
1、車用耐高溫低濕質(zhì)子膜及成膜聚合物批量制備技術(shù)。
2、堿性離子交換膜制備技術(shù)及應(yīng)用。
3、擴(kuò)散層用炭紙批量制備及技術(shù)應(yīng)用。
4、車用燃料電池催化劑批量制備技術(shù)。
5、質(zhì)子交換膜燃料電池極板專用基材開發(fā)。
6、車用燃料電池堆及空壓機(jī)的材料與部件耐久性測(cè)試技術(shù)與規(guī)范。
7、公路運(yùn)輸用高壓、大容量管束集裝箱氫氣儲(chǔ)存技術(shù)。
8、液氫制取、儲(chǔ)運(yùn)與加注關(guān)鍵裝備及安全性研究。
9、醇類重整制氫及冷熱電聯(lián)供的燃料電池系統(tǒng)集成技術(shù)。
注：除第2項(xiàng)為基礎(chǔ)研究類、第8項(xiàng)為應(yīng)用示范類，其余均為共性關(guān)鍵技術(shù)類
車用耐高溫低濕質(zhì)子膜及成膜聚合物批量制備技術(shù)
研究?jī)?nèi)容：針對(duì)車用氫燃料電池的要求，重點(diǎn)突破高溫低濕條件下應(yīng)用的質(zhì)子交換膜的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，具體包括：開發(fā)全氟共聚功能單體合成及成套工程裝備技術(shù)；高交換容量全氟質(zhì)子聚合物制備技術(shù)；全氟質(zhì)子交換聚合物高純單分散溶液制備技術(shù)；氣體傳遞和自由基作用機(jī)理研究；高機(jī)械強(qiáng)度、高化學(xué)穩(wěn)定性全氟質(zhì)子交換膜連續(xù)制備技術(shù)與裝備，全氟質(zhì)子膜在燃料電池中的應(yīng)用。
考核指標(biāo)：全氟質(zhì)子聚合物離子交換容量(IEC)≥1.3 mmol/g，全氟質(zhì)子交換聚合物分散粒徑≤200 nm；全氟質(zhì)子膜厚度≤18 μm、偏差≤±5%(采樣面積≥300 cm2)，離子電導(dǎo)率≥0.1 S/cm(95℃，60RH%)、0.04 S/cm(120℃，30%RH)，電子電阻率＞1000 Ωcm2， 滲氫電流≤2 mA/cm2，允許最高運(yùn)行溫度≥100℃，強(qiáng)度≥45 MPa， 縱橫向溶脹率≤3%，OCV測(cè)試氟離子釋放率≤0.7 μg/cm2/h、循環(huán)OCV次數(shù)≥90，產(chǎn)能≥20萬 m2/年，成本≤500 元/m2，金屬離子含量≤20 ppm。
堿性離子交換膜制備技術(shù)及應(yīng)用
研究?jī)?nèi)容：研發(fā)高性能堿性聚電解質(zhì)膜連續(xù)制備工藝，酸堿雙性膜及電解水制氫，高效電化學(xué)合成氨及分解氨反應(yīng)系統(tǒng)，直接氨燃料電池等應(yīng)用技術(shù)。
考核指標(biāo)：堿性離子電導(dǎo)率≥0.04 S?cm-1(25℃)和≥0.14 S?cm-1(80℃)，氫氣透過率≤0.02 mL?min-1?cm-2，機(jī)械強(qiáng)度≥20 MPa，縱橫向溶脹率≤10%，氫氧燃料電池工作1000 h膜材料無降解(80℃)、陽離子降解≤5%(1M NaOH中80℃下浸泡 5000 h)，膜連續(xù)制備的幅寬≥0.2 m，厚度≤25 μm(偏差≤±2 μm)；酸堿雙性膜水電解單體模塊產(chǎn)氫≥10 Nm3/h，制氫純度≥99.99%，電耗≤4.1 kWh/Nm3 H2；電解制氨法拉第效率＞20%，實(shí)現(xiàn)kg級(jí)系統(tǒng)集成；氨 反向電化學(xué)分解效率＞95% ；直接氨燃料電池≥150 mW/[email protected]，常壓，80℃。
擴(kuò)散層用炭紙批量制備及應(yīng)用技術(shù)
研究?jī)?nèi)容：針對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池批量、低成本需求，突破支撐層用炭紙及氣體擴(kuò)散層(GDL)批量制備技術(shù)與裝備。具體包括：開發(fā)炭紙用炭纖維工程化工藝與裝備，研發(fā)炭紙用改性粘合劑，開發(fā)炭紙石墨化工藝與裝備，研發(fā)表面疏水處理等后處理材料及工藝技術(shù)，根據(jù)“氣—液—電—熱”傳輸與支撐性能要求，開發(fā)出系列炭紙；研發(fā)炭紙復(fù)合微孔層(MPL)強(qiáng)化傳輸技術(shù)，開發(fā)可在線監(jiān)測(cè)與反饋的 GDL制備工藝與裝備；開展運(yùn)行工況下相關(guān)可靠性及耐腐蝕性研究。
考核指標(biāo)：炭紙可控厚度80~190 μm、偏差≤±1.5%(采樣面積≥40 cm×40 cm)，孔隙率≥75%，密度0.3 g?cm-3~0.45 g?cm-3，垂直向透氣率≥2000 mL?mm/(cm2?h?mmAq)、垂直向電阻率≤65 mΩ?cm、平行向電阻率≤4 mΩ?cm、接觸電阻≤5 mΩ?cm2，彎曲 強(qiáng)度≥10 MPa、彎曲模量≥10 GPa、拉伸強(qiáng)度≥25 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)(干態(tài))：垂直≥1.7 W/(m?K)、平行≥21 W/(m?K)，產(chǎn)能40 萬m2/年；MPL中孔徑可控精度±10 nm，表面粗糙度≤7 μm；GDL可 控厚度80~250 μm、偏差≤±1.5%，可控接觸角≥145°。
車用燃料電池催化劑批量制備技術(shù)
研究?jī)?nèi)容：針對(duì)車用燃料電池催化劑對(duì)耐久性和一致性的技術(shù)要求，突破具備高動(dòng)態(tài)工況耐受能力、兼具高性能/抗中毒特征的鉑基催化劑及其百公斤級(jí)批量制備技術(shù)。具體包括：研發(fā)氧還原活性提高技術(shù)，貴金屬用量降低技術(shù)，高電位循環(huán)耐久技術(shù)， 抗氫氣雜質(zhì)(CO、含硫化合物)污染技術(shù)；開發(fā)高一致性、低雜質(zhì)含量催化劑工藝配方及批量化制備技術(shù)，研發(fā)可規(guī)?；a(chǎn)的 催化劑納米合成工藝，孔徑分布合理、催化劑易于高分散擔(dān)載、 成本低廉的先進(jìn)功能載體處理技術(shù)，以及催化劑工業(yè)化制備技術(shù)與裝備。
考核指標(biāo)：催 化 劑 初 始 氧 還 原 質(zhì) 量 比 活 性 ≥ 0.35 A/[email protected] VIR-free，催化劑電化學(xué)活性面積≥60 m2/g，耐久性①0.6~0.95 V≥3萬次循環(huán)質(zhì)量活性衰減率≤40%、電化學(xué)活性面積衰減率≤40%，耐久性②1.0~1.5 V≥5000次循環(huán)質(zhì)量活性衰減 率≤40%、電化學(xué)活性面積衰減率≤40%，氫氣雜質(zhì)耐受性①CO導(dǎo)致的催化劑質(zhì)量活性衰減≤30%(0.1M HClO4 1000 ppm CO/H2)，并且催化劑在膜電極中性能衰減≤10 mV(在1 A/cm2，1 ppm CO/H2，24h)；②硫化物導(dǎo)致的催化劑活性面積衰減≤30%(0.36 ppm H2S，24h)，在膜電極中性能衰減≤30 mV(在1 A/cm2，0.004 ppm H2S，24h)。產(chǎn)能≥2000 g/批次、≥200 kg/年，粒徑及性能偏差≤±8%，Cl-含量小于50 ppm wt，F(xiàn)e含量小于50 ppm wt，量產(chǎn)成本≤(Pt現(xiàn)貨價(jià)格·PGM wt%+100)元/g。批次樣品可供第三 方在產(chǎn)線采集、評(píng)估，提供項(xiàng)目外客戶應(yīng)用證明。
質(zhì)子交換膜燃料電池極板專用基材開發(fā)
研究?jī)?nèi)容：針對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池用極板的可加工性、耐蝕性技術(shù)要求，研發(fā)具備特殊微結(jié)構(gòu)、高耐蝕、低電阻專用超薄基材及其批量制備工藝。具體包括：高耐蝕、低電阻、易于精密成型的不銹鋼和鈦合金基材，及高強(qiáng)度與彈性、高致密與導(dǎo)電性、超薄復(fù)合石墨極板，其成份設(shè)計(jì)、混合熔鑄、組織調(diào)控與前后處理技術(shù)，及其可連續(xù)工業(yè)級(jí)制備技術(shù)與裝置的研發(fā)；基材耐蝕、導(dǎo)電、可成形性綜合性能評(píng)估；超薄基材極板試制及壽命快速評(píng)估方法研究。
考核指標(biāo)：不銹鋼與鈦合金薄板基材厚度50~150 μm、偏 差≤±4 μm，抗彎強(qiáng)度≥25 MPa，初始：接觸電阻≤3 mΩ[email protected] MPa(接觸炭紙)、腐蝕電流≤5.00×10-7 A/cm2@80℃(0.5M 硫酸+5 ppm F-溶液)，10000 小時(shí)工況后：接觸電阻≤8 mΩ·[email protected] MPa、腐蝕電流≤10.00×10-7 A/cm2@80℃，濕熱循環(huán)測(cè)試后無腐蝕、無變形，產(chǎn)能≥1000 噸/年，延伸率：不銹鋼≥55%、 鈦合金≥30%，體相電阻率：不銹鋼≤0.075 mΩ·cm、鈦合金≤ 0.17 mΩ·cm，成本：不銹鋼≤25 元/kg，鈦合金≤150 元/kg；超薄復(fù)合石墨板厚度≤1.4 mm、最薄處厚度0.1~0.3 mm，平面度≤10 μm，電導(dǎo)率≥150 S/cm，透氣率≤2×10-8 cm3(cm2 ?s)-1，工作壓力≥1 bar(g)，彎曲強(qiáng)度≥50 MPa，接觸電阻≤10 mΩ?cm2，短堆工作5000 h、性能降幅≤10%。
車用燃料電池堆及空壓機(jī)的材料與部件耐久性測(cè)試技術(shù)及規(guī)范
研究?jī)?nèi)容：針對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池的產(chǎn)業(yè)化過程質(zhì)量控制的需求，開展電堆關(guān)鍵材料及系統(tǒng)部件耐久性、電磁兼容性測(cè)試技術(shù)及規(guī)范研究。具體包括：研究電堆運(yùn)行過程中的健康診斷方法，進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證；研究電堆關(guān)鍵材料(催化劑、膜、炭紙、極板基材、防腐涂層等)理化參數(shù)及核心部件(膜電極、雙極板、密封件等)特性參數(shù)的測(cè)量方法、等效加速老化方法，建立關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫并形成規(guī)范；研發(fā)燃料電池系統(tǒng)用空壓機(jī)關(guān)鍵性能、環(huán)境適應(yīng)性、耐久性等加速測(cè)試技術(shù)，形成壽命預(yù)測(cè)與驗(yàn)證方法；研發(fā)車用燃料電池系統(tǒng)的電子控制單元離線電磁兼容輻射發(fā)射、傳導(dǎo)發(fā)射、電磁場(chǎng)抗擾度、瞬態(tài)抗擾度、靜電放電等測(cè)試技術(shù)，形成規(guī)范方法。
考核指標(biāo)：車載電堆健康診斷裝置對(duì)電堆氫滲檢出率＞90%；在5000小時(shí)測(cè)試的基礎(chǔ)上，建立性能與耐久性評(píng)測(cè)方法、流程規(guī)范，包括：催化劑、質(zhì)子膜、擴(kuò)散介質(zhì)、膜電極、雙極板、密封件及短堆，形成特性/理化參數(shù)及其測(cè)量方法集合≥10 類，基于工況衰變規(guī)律的壽命模型預(yù)測(cè)偏差≤10%；空壓機(jī)耐久性測(cè)試方法加速系數(shù)≥15、偏差≤3%，研制的綜合測(cè)試設(shè)備適應(yīng)系統(tǒng)功率范圍45~150 kW；建立電磁兼容離線性能測(cè)試方法、流程規(guī)范，至少包括電子控制單元(ECU)、節(jié)電壓巡檢(CVM)、空壓機(jī)控制器；建成的電磁兼容性測(cè)試平臺(tái)，在燃料電池工作情況下：輻射發(fā)射測(cè)試能力達(dá)到18 GHz，輻射抗擾度能力在400 MHz至 3000 MHz范圍內(nèi)達(dá)到200 V/m。
公路運(yùn)輸用高壓、大容量管束集裝箱氫氣儲(chǔ)存技術(shù)
研究?jī)?nèi)容：針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有20 MPa管束車儲(chǔ)氫量小、運(yùn)輸成本高等問題，開展更高儲(chǔ)存壓力下的公路運(yùn)輸用大容量管束集裝箱氫氣儲(chǔ)存技術(shù)研究。具體包括：高長(zhǎng)徑比、高壓儲(chǔ)氫瓶纖維纏繞設(shè)計(jì)與工藝；大容量?jī)?nèi)膽成型技術(shù)；使用工況下高壓儲(chǔ)氫瓶的失效機(jī)理研究與測(cè)試技術(shù)；滿足道路運(yùn)輸法規(guī)要求的高壓大容量管束集裝箱體設(shè)計(jì)與集成技術(shù)；大容量高壓儲(chǔ)氫瓶試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)研究。
考核指標(biāo)：儲(chǔ)氫瓶公稱工作壓力≥50 MPa，單瓶水容積≥450 L，單瓶?jī)?chǔ)氫密度≥5.5 wt%，循環(huán)壽命≥15000 次(水壓充放循環(huán)試驗(yàn)壓力10%(最大不超過3 MPa)~150%公稱工作壓力)；管束集裝箱儲(chǔ)氫量≥1000 kg(符合道路運(yùn)輸法規(guī)要求)，使用環(huán)境溫度-40~60℃；形成相關(guān)儲(chǔ)氫高壓管束集裝箱國(guó)家/行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)送審稿。
液氫制取、儲(chǔ)運(yùn)與加注關(guān)鍵裝備及安全性研究
研究?jī)?nèi)容：針對(duì)千輛級(jí)商用車集中運(yùn)行對(duì)氫燃料制備、輸配及加注的需求，開展氫氣液化工藝、液氫儲(chǔ)運(yùn)和液氫存儲(chǔ)—?dú)鈿浼幼⒄镜南嚓P(guān)研究。具體包括：高效正仲氫轉(zhuǎn)化、液氫溫區(qū)高真空多層絕熱技術(shù)研究；液氫儲(chǔ)罐和運(yùn)輸用液氫槽罐的研制；大規(guī)模氫氣液化工藝流程開發(fā)和優(yōu)化；氫氣液化過程量化風(fēng)險(xiǎn)分析、安全防護(hù)、預(yù)警和應(yīng)急分析；液氫加氫站工藝流程開發(fā)及布局優(yōu)化；氣氫與液氫加氫站風(fēng)險(xiǎn)、安全及經(jīng)濟(jì)性量化對(duì)比分析。
考核指標(biāo)：液化能力≥5 噸/天單套裝備，仲氫含量(Para-hydrogen，體積分?jǐn)?shù))≥95%，氫氣液化能耗≤13 kWh/kg，液氫純度(摩爾分?jǐn)?shù))≥99.97%；儲(chǔ)存用液氫儲(chǔ)罐容積≥300 m3，液氫靜態(tài)日蒸發(fā)率≤0.25%/天，維持時(shí)間≥30 天；運(yùn)輸用液氫槽罐≥40 m3，液氫靜態(tài)日蒸發(fā)率≤0.73%/天，維持時(shí)間≥12 天，真空壽命≥5 年；開發(fā)具備35 MPa和70 MPa加注能力液氫儲(chǔ)存氣態(tài)加注站工藝包，站內(nèi)液氫儲(chǔ)量≥500 kg，峰值加氫能力≥500 kg/天，氫氣加注能耗≤2.50 kWh/kg-H2；完成兩種氫氣儲(chǔ)存類型加氫站的泄漏監(jiān)測(cè)、安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)示范項(xiàng)目。
醇類重整制氫及冷熱電聯(lián)供的燃料電池系統(tǒng)集成技術(shù)
研究?jī)?nèi)容：針對(duì)高效、環(huán)保、長(zhǎng)壽命分布式供能系統(tǒng)應(yīng)用需求，開展燃料電池冷—熱—電聯(lián)供系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。具體包括：用于分布式供能的醇類重整制氫系統(tǒng)技術(shù)；質(zhì)子交換膜燃料電池的空氣在線凈化技術(shù)；質(zhì)子交換膜燃料電池冷—熱—電聯(lián)供系統(tǒng)技術(shù)；固體氧化物燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)技術(shù)；燃料電池冷—熱—電聯(lián)供系統(tǒng)模擬仿真、系統(tǒng)集成優(yōu)化及能量管控技術(shù)。
考核指標(biāo)：全自動(dòng)甲醇重整制氫集成系統(tǒng)產(chǎn)氫能力≥30 Nm3/h、效率≥85%LHV，氫氣中CO≤0.2 ppm、總硫≤4 ppb，冷態(tài)自啟動(dòng)時(shí)間≤30 min，動(dòng)態(tài)負(fù)荷調(diào)節(jié)能力≥50%；空氣在線凈化系統(tǒng)SO2、NO2、VOC、甲醛、O3脫除率≥95%，NH3脫除率≥80%(污染物基準(zhǔn)濃度1 ppm)，PM10以下大氣氣溶膠脫除率≥99%，無故障運(yùn)行時(shí)間≥1500 h；冷熱電聯(lián)供的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)額定發(fā)電功率≥30 kW，發(fā)電效率≥50%，70℃余熱條件下、制冷效率≥40%，系統(tǒng)供電制冷效率≥70%LHV，連續(xù)運(yùn)行≥3000 h；基于重整合成氣為燃料的固體氧化物燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)額定發(fā)電功率≥30 kW、發(fā)電效率≥55%(DC，LHV)，熱電聯(lián)供總效率≥85%，連續(xù)運(yùn)行≥1000 h。
