1月14日消息,中国氢能联盟理事单位清华大学核研院燃料电池实验室承担的科技部重点研发计划课题“基于新材料体系的大功率燃料电池技术及应用示范”取得突破,成功研制出超过100千瓦大功率燃料电池电堆,并完成测试验证。


去年以来,随着国家补贴政策落地,各地政府纷纷出台相应政策文件,进一步加强对氢能产业的布局规划。我国氢燃料电池产业即将进入“产业化发展”的前夕,但“痛点”仍在电堆的成本和技术。


清华大学100千瓦大功率燃料电池技术取得突破


目前,氢燃料电池不仅可以解决锂电池的里程短板,还在重载、长距离场景中优势明显。为满足大型车辆、商用车的需求,未来燃料电池必将朝大功率的方向发展。


由于起步较晚,我国燃料电池电堆水平与先进国家相比较为落后,无论是单堆功率、功率密度还是使用寿命等方面,均存在一定差距。


在2020年《新能源汽车推荐目录》的燃料电池商用车中,燃料电池系统额定功率呈明显递增趋势,前1-8批次燃料电池系统额定功率集中在40-60千瓦之间;9-12批次燃料电池系统额定功率在60-90千瓦之间的车型居多;第13批的17款,电池功率平均功率为7千瓦,而2020年上半年中国氢燃料电池的平均额定装机功率仅为49.58千瓦。


燃料电池的设计研发分为膜电极、双极板、电堆封装以及BOP系统(包含氢气子系统、空气子系统、散热系统、电控单元等)四大部分。燃料电池单堆功率达到100千瓦并非是单纯的数量叠加。单堆功率提高意味着功率密度提高,对元件散热等工艺都提出了更高要求。


清华大学100千瓦大功率燃料电池技术取得突破


针对大功率燃料电池电堆的开发难点,该实验室采用316L不锈钢箔材和两板三场的结构、无定型碳的防腐涂层设计,并联合浙江锋源氢能科技公司,建立了高耐腐蚀的超薄金属双极板连续制成生产线;


另外,通过膜电极材料体系、浆料配制和涂覆工艺改进,从整体上优化了催化层中多相物质传输通道与三相反应界面,大幅提升了膜电极的性能(最大功率密度达到2.1瓦/平方厘米)。


基于以上关键部件,该实验室通过多轮的电堆结构优化设计、流体分配与流场分布仿真验证,解决了大功率电堆温度、压力、湿度差异化分布难题,组装出了超过100千瓦的大功率燃料电池电堆,并通过长城汽车股份公司的第三方测试,在车用工况下,额定功率达到103.2千瓦(3.55千瓦/升),在额定功率点稳定测试超过一小时,期间输出功率波动不足1%。最高功率输出达到125kW(4.3千瓦/升)。


该成果具有自主知识产权,在交通动力、储能调峰、热电联供等工业领域具有广阔的应用前景。


文章来源: 氢能联盟CHA

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