上海技术发明特等奖 | 为氢能汽车“心脏”贡献“中国方案”

　　奖项：2019年度上海市技术发明奖特等奖项目

　　名称：高功率密度燃料电池薄型金属双极板及批量化精密制造技术

　　当前，发展氢能与燃料电池汽车已成为全球共识，我国也将燃料电池汽车列为国家新能源发展战略，预计2030年年产量将达百万辆。

　　如果说传统汽车的“心脏”是发动机，那么氢能源燃料电池汽车的“心脏”就是双极板和膜电极叠装而成的燃料电池电堆。自2005年起，上海交通大学就开始研发“高功率密度燃料电池薄型金属双极板”，迄今已研发出了六代具有自主知识产权的产品，掌握了“全工艺链集成”关键自主核心技术，为氢能汽车“心脏”贡献“中国方案”；与上汽集团等联合成立上海治臻新能源装备有限公司产业化平台，落户上海自贸区临港新片区，实现了向国内核心主机厂及电堆企业的大规模量产供货。

　　今天，这块轻薄、小巧的金属板及其全套精密制造技术被授予2019年度上海市技术发明奖特等奖。

　　创新“两板三场”结构，引爆全球燃料电池行业

　　这不就是一块车牌吗？任谁乍一眼看到这块长40厘米、宽10厘米的金属板，都会萌生出这样的念头。但如果再多看一眼，就能发现它的与众不同之处——在厚度不超过1.2毫米金属板上刻着七八十个流道，每个流道长约40厘米，间隔不超过400微米。400多块这样的金属双极板叠起来，就组成了一个高功率密度燃料电池电堆。

　　燃料电池电堆是整车制造的核心，双极板占电堆体积的80%。过去，大部分相关企业都采用“三板三场”结构，可即便是业内最薄的双极板也有2.1毫米厚，数百块板叠起来很难装进汽车前舱。上海交大机械与动力工程学院来新民教授课题组一开始就瞄准了“两板三场”结构，这样一来，双极板厚度仅有1毫米。

　　然而，要让这块板“瘦下来”并不容易。来新民说，此前大家之所以要用三板，是因为金属板需要承载氢、氧、水三种流场互不干扰的流通，抽掉中间的一层隔板后，必须要通过结构创新让明明处在同一空间中的不同物质各走各道，设计难度可想而知。

　　2005年起，上海交大、新源动力、上汽集团组成联合攻关团队，终于在2008年推出了“两板三场”金属双极板，不仅单片厚度降低52%，电堆功率提高到原来的2.4倍，更实现了400片电池电堆在轿车前舱的成功布置。

　　“两板三场”结构地出现，直接“引爆”了氢能源燃料电池行业。在2019年世界江南网页版登录入口官网下载 大会上，项目团队开发的电堆被评为代表江南网页版登录入口官网下载 方向的八项前沿技术之一，国内外知名汽车企业纷纷来到位于临港的上海治臻考察，提出了多方面合作事宜。

　　从选材到制造工艺，没有经验借鉴一点点走通了

　　对于金属双极板来说，提出全新结构只是漫长创新链条的第一步。想要做出可支撑汽车跑上几百公里的燃料电池，前面还有无数只“拦路虎”等着他们。

　　氢能源燃料电池需要在充满“矛盾”的场景中工作——既要高导电，又要耐腐蚀，究竟选用什么样的材料让研发人员伤透脑筋。“没有前人的经验可以借鉴，只有靠老办法一点点试。”最终，涂着团队研发的多元复合涂层的电堆，成为国内第一家通过车用5000小时寿命考核的电池。换句话说，这车跑上10年，发动机不会坏。

　　不断攻克技术难题的同时，上海治臻把金属双极板的全套制造工艺体系搭了起来。在位于临港的生产车间里，一卷卷光洁如镜的不锈钢板变成形如手风琴的电堆。在涂层车间，一排排成形和焊接好的极板“排队”进入有十余个腔体的磁控溅射涂层间，一分钟后，数十层致密复合膜已装涂完毕。

　　幸运背后，是上海这座城市对创新的崇尚与渴望

　　捧着特等奖证书，来新民不禁回想起十多年前梦开始的时候。因为预见到未来氢能源燃料电池汽车的发展机遇，他与志同道合的同事和学生一起开始创业。万事开头难，但他们很“幸运”地得到了上汽集团连续五年燃料电池技术攻关项目的稳定投入。在他看来，幸运背后，正是上海这座城市对创新的崇尚与渴望。

　　15年来，上海市科委不断加大对项目研发的投入力度，临港集团也给予了大力支持，让上海治臻从一家不到10人的小公司成长到80余人。如今，公司建成了年产50万片金属双极板全流程生产线，占据国内氢能源燃料电池市场半壁以上江山。

　　“这只是中国氢能源燃料电池汽车发展的一小步。”来新民说，中国汽车想要弯道超车，还需要在多个部件、材料、系统上有更大突破。团队成员希望，不久的将来，氢能源燃料电池汽车成规模地走上街头：只需加氢三五分钟，一口气跑上600公里不“喘气”。（作者:沈湫莎）