燃料电池汽车自主核心技术有了新突破

在捷氢科技的试验室里，躺着几块厚度仅为1毫米左右的金属板，它们看似普通，实则不凡——金属板上分布着密密麻麻的流道，氢气、氧气、冷却液就在这些流道里传输，发生奇妙的电化学反应。它名为金属双极板，是我国燃料电池自主核心技术的新突破。

近期，由上海交通大学、新源动力股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司和上海治臻新能源装备有限公司共同攻关的“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”荣获2019年度上海市技术发明奖特等奖。

“这是上汽与高校联手自主创新的成果之一，打破了电堆核心零部件的国外垄断。”代表上汽参与项目的捷氢科技副总经理侯中军说，“如今，该产品已正式投入产业化应用。”

从2毫米到0.015毫米

早在十几年前，我国就开始研发燃料电池汽车。不少专家认为，加氢快、续航里程长、真正实现零排放的燃料电池汽车，才是新能源汽车发展的终极路径。但是，燃料电池汽车产业化步伐并不顺利。一路走来，核心零部件依赖进口导致成本居高不下，成了燃料电池汽车发展的“拦路虎”。而双极板就是其中之一。

“双极板就像是燃料电池的承重墙，400多片金属双极板组装在一起，对精度要求十分高，而且还要解决金属板的电化学腐蚀问题。”侯中军说，“虽然我们设计时想明白了，但国内却没有工艺能制造出，涂层的技术水平也达不到要求。以前，我们只能到欧洲或者日本去找供应商。”

为了打破国际垄断，捷氢科技找到了上海交通大学精密成型团队，联合起来攻关。经过四年来一轮又一轮的设计输入、评估测试、优化改进……金属双极板“中国方案”终于产业化落地。

“‘2毫米工程’是全球汽车制造业公认的车身质量控制模式，而我们双极板的冲压精度差达到了正负15微米，提高了两个数量级。”侯中军说，“精度的提升，让电堆的功率密度大幅度提升。目前，捷氢科技的300型燃料电池电堆功率密度达到了115千瓦，实现了燃料电池汽车的全功率驱动。”

不仅如此，团队联合研发的复合涂层技术具有高耐蚀、高导电等性能，让车用电堆的耐久性从2000小时提高到了5000小时（乘用车加速工况）。这些关键技术指标，可以与丰田等国际汽车企业的产品对标。

产学研从不是“交钥匙”

从2毫米到0.015毫米，看似是制造技术的提升，背后实则是自主设计能力的提升。“其实，光提出这个15微米的误差值，就需要大量的技术积累。”侯中军说。

时间回到2010年。那一年，国内的双极板技术依然停留在石墨双极板阶段，而国外已经有车企启动了金属双极板技术的研发工作。与传统的石墨双极板相比，金属双极板在厚度、寿命、产业化等方面具有优势，更加符合车用电堆高功率密度、大功率输出和低成本制造的要求。上汽迅速把握了这一市场趋势，开启了金属双极板的研发之路。

“真的开始做了，就发现很多问题，当时我们做出来的金属双极板性能很低。”侯中军坦言，“为了找到原因，我们做了不知道多少次测试分析，最后发现有两个关键指标，一个是双极板本身的成型精度，另一个是双极板叠加后的对正精度，它们直接影响到最终性能。”

找到了原因还不够，精度控制在多少也有讲究。“我们上一代产品200型电堆还没有提出要求精度控制在正负15微米，但在做300电堆的时候，发现原来的标准要求满足不了，电堆失稳装不起来。几轮测试后，我们把精度定在了正负15微米。”

对于捷氢科技而言，产学研从不是“交钥匙”工程。“前期，我们需要输入对于双极板的功能要求、外形、密封结构、流体分配结构设计。后期，我们需要对产品测试验证、提出优化改进的方向。整个过程，我们深度参与其中。这是个一起迭代，一起优化的过程。”侯中军说。

坚持产业化初心

从冲压、焊接、涂层、密封，到最后做出成品，每天有1000多片金属极板在治臻新能源的生产线上产出。这家名为治臻新能源的公司成立于2016年，旨在让这项成果在产业化道路上发挥更大价值。

这家企业与上汽有着密切的联系。它的天使投资来自上汽创投；从技术攻关、产品落地，到搭建质量体系、构建起量产能力，成为一名合格的供应商，公司成立至今，背后的捷氢科技也付出了很多。“事实上，交大团队决定独立出来成立公司，是因为上汽燃料电池产业化步伐在提速，给了创新成果更多应用落地的场景，也是各方对燃料电池核心零部件未来发展的看好。”候中军说。

据悉，今年以来，已经有4款搭载捷氢科技最新PROME P390燃料电池系统的产品登上了工信部公告，它们将陆续下线与消费者见面，而该系统电堆应用的就是治臻新能源制造的金属双极板。

看着产品从设计研发到量产落地，侯中军颇为感慨：“刚开始做的时候，大家都不看好金属双极板，但我们认为，如果燃料电池汽车要迈向产业化，原来的石墨双极板必须被颠覆。这一路走来很痛苦，但幸好我们一直坚持着初心。”

与科研机构联合攻关技术难题，并推动研发成果的产业化，捷氢科技将把金属双极板的产学研模式沿用到燃料电池系统和电堆的其他关键技术中。“我们希望以这样的模式发展出一批优秀的国内供应商，与国外供应商形成良性竞争，这样我们就能把燃料电池的成本做得更低，更好地推动燃料电池汽车的产业化发展。”侯中军说。