1月14日消息，中國氫能聯(lián)盟理事單位清華大學(xué)核研院燃料電池實驗室承擔(dān)的科技部重點研發(fā)計劃課題“基于新材料體系的大功率燃料電池技術(shù)及應(yīng)用示范”取得突破，成功研制出超過100千瓦大功率燃料電池電堆，并完成測試驗證。

去年以來，隨著國家補貼政策落地，各地政府紛紛出臺相應(yīng)政策文件，進一步加強對氫能產(chǎn)業(yè)的布局規(guī)劃。我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)即將進入“產(chǎn)業(yè)化發(fā)展”的前夕，但“痛點”仍在電堆的成本和技術(shù)。

目前，氫燃料電池不僅可以解決鋰電池的里程短板，還在重載、長距離場景中優(yōu)勢明顯。為滿足大型車輛、商用車的需求，未來燃料電池必將朝大功率的方向發(fā)展。

由于起步較晚，我國燃料電池電堆水平與先進國家相比較為落后，無論是單堆功率、功率密度還是使用壽命等方面，均存在一定差距。

在2020年《新能源汽車推薦目錄》的燃料電池商用車中，燃料電池系統(tǒng)額定功率呈明顯遞增趨勢，前1-8批次燃料電池系統(tǒng)額定功率集中在40-60千瓦之間；9-12批次燃料電池系統(tǒng)額定功率在60-90千瓦之間的車型居多；第13批的17款，電池功率平均功率為7千瓦，而2020年上半年中國氫燃料電池的平均額定裝機功率僅為49.58千瓦。

燃料電池的設(shè)計研發(fā)分為膜電極、雙極板、電堆封裝以及BOP系統(tǒng)（包含氫氣子系統(tǒng)、空氣子系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、電控單元等）四大部分。燃料電池單堆功率達到100千瓦并非是單純的數(shù)量疊加。單堆功率提高意味著功率密度提高，對元件散熱等工藝都提出了更高要求。

針對大功率燃料電池電堆的開發(fā)難點，該實驗室采用316L不銹鋼箔材和兩板三場的結(jié)構(gòu)、無定型碳的防腐涂層設(shè)計，并聯(lián)合浙江鋒源氫能科技公司，建立了高耐腐蝕的超薄金屬雙極板連續(xù)制成生產(chǎn)線；

另外，通過膜電極材料體系、漿料配制和涂覆工藝改進，從整體上優(yōu)化了催化層中多相物質(zhì)傳輸通道與三相反應(yīng)界面，大幅提升了膜電極的性能(最大功率密度達到2.1瓦/平方厘米)。

基于以上關(guān)鍵部件，該實驗室通過多輪的電堆結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、流體分配與流場分布仿真驗證，解決了大功率電堆溫度、壓力、濕度差異化分布難題，組裝出了超過100千瓦的大功率燃料電池電堆，并通過長城汽車股份公司的第三方測試，在車用工況下，額定功率達到103.2千瓦（3.55千瓦/升），在額定功率點穩(wěn)定測試超過一小時，期間輸出功率波動不足1%。最高功率輸出達到125kW(4.3千瓦/升)。

該成果具有自主知識產(chǎn)權(quán)，在交通動力、儲能調(diào)峰、熱電聯(lián)供等工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。