强国复兴有我
2023年度上海市科学技术奖
优秀创新成果展示
本期“档案”大揭秘
项目名称：高功率车用燃料电池电堆关键技术及产业化应用
完成单位：上海交通大学
完 成 人：易培云 等
奖励等级：科技进步一等奖
自“碳达峰、碳中和”目标提出以来，我国持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源，努力兼顾经济发展和绿色转型同步进行。氢能作为一种清洁高效、灵活且可储可输的二次能源，是推动传统化石能源（煤、石油等）清洁高效利用和支撑可再生能源（风能、太阳能等）大规模发展的理想互联媒介。氢燃料电池作为氢能利用的主要装置，通过电化学反应将氢气与氧气反应，将存储的化学能转化为电能，生成物只有水，具有能量密度高、转化效率高、零碳排放等优点，在交通工具、分布式电站、便携式电源等领域具有广泛的前景，预计2030年燃料电池汽车的保有量将达到百万辆。因此，国家发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用通知》，使我国燃料电池汽车发展进入提速关键期。上海作为首批入选的示范城市群，是全国产业链最全、最具优势的区域。
然而，燃料电池电堆作为燃料电池汽车的“心脏”，在起初阶段功率密度不足1.5 kW/L，庞大的体积导致车辆难以布局；输出功率40-60 kW，难以满足汽车的动力需求。大功率电堆的高性能设计与高效高一致性制造是国际社会面临的共同挑战，亟需解决诸多的技术瓶颈：①燃料电池要达到传统发动机相当的功率，如何在狭小空间内实现体积功率密度的提升？②燃料电池电堆是典型的水桶效应问题，单电池电压一致性要求高，如何避免某节电池的电压单低？③高功率电堆由上千层部件层叠装配，部件面积大、柔性低，如何同时保证电堆的叠装精度及效率？
上海交通大学薄板结构制造研究所易培云教授带领的研究团队历经15余年产学研攻关，实现了理论研究-技术突破-装备研制的全链条创新，攻克了高密度电堆设计、高性能膜电极、高精度双极板和高效率电堆叠装四大核心技术。形成了系统的高功率电堆设计制造理论与技术，应用于多家企业的20余个型号的电堆，开发的300kW级电堆，体积功率密度达6.2kW/L，入选2023年度世界新能源汽车大会十大“全球新能源汽车创新技术”、2024年度上海市“十大绿色低碳创新技术产品”等。研究成果广泛应用于乘用车、公交车、重卡等多个领域，并实现海外出口。
大功率燃料电池电堆
创新流场结构，突破高功率密度极限
燃料电池水气分配流场
建立多步成形方法，
突破电堆叠装片数的极限
金属双极板成形
开发装配新工艺，
突破电堆单节一致性极限
大功率电堆装配一致性测量
建设批量产线，
突破生产效率极限
燃料电池批量生产线
转载来源:上海市科学技术奖励中心
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