——2017年中国科协“新材料领域前沿跟踪研究”课题调研之二

今年初，中国科协先进材料学会联合体部分学会承接了2017年中国科协“新材料领域前沿跟踪研究”课题，其中新能源材料部分共设置了两个课题，一是电动汽车动力系统和太阳能发电与充电站系统关键新材料前沿跟踪研究，二是新能源汽车燃料电池和供氢系统关键新材料前沿跟踪研究。课题组在前期内容设计、专利文献研究、会议研讨等工作的基础上，于7月26日实地调研了涵盖技术研发、高端装备制造、组件生产和电站建设、业务覆盖薄膜发电产业上中下游全产业链、国际领先的太阳能企业——汉能控股集团公司。9月26日，课题组专家洪定一教授、洪及鄙教授等一行5人，在课题组张颖教授策划下对国内知名的氢燃料电池发动机研发及产业化国家级高新技术企业——北京亿华通科技股份有限公司进行了实地调研，再次对课题涉及的前沿新能源材料来了个亲密接触。

日韩、美国、欧盟等国家早已为氢燃料电池汽车制定了发展战略及规划，丰田、宝马、奔驰、现代、日产、大众等国际汽车集团都已涉足氢燃料电池汽车的研发，他们在氢燃料电池的关键材料上处于领先地位。而我国在这方面还处于“准备阶段”，尤其是受到制氢成本、电池材料等的限制，总体处于跟跑水平。亿华通公司基于十多年的技术研发和车辆示范运行，研发出第三代氢燃料电池发动机。采用更加高度集成模块化设计，即插即用，比第二代发动机体积缩小20%；采用世界领先干膜技术，低温存储、低温启动：气体不需要加湿，全天候零下15°C冷启动，零下46°C冷储存及停机自动保护；性能、寿命、可靠性、维修性进一步提高，达到商业化产品级的要求。

调研中了解到，亿华通自主研发的氢燃料电池发动机产品覆盖10kW、30kW、60kW和150kW，应用范围包括：客车、物流车、乘用车、有轨电车、叉车、船舶等，主要合作伙伴有：宇通客车、福田汽车、中国中车等。其中福田汽车装有5个瓶，可充氢20多公斤，氢气罐压力等级为35MPa，加氢需15分钟，实际续航里程可达近300km。在“十三五”的开局之年，亿华通公司与宇通客车签订了100辆氢燃料电池客车合作意向书。借2022年第24届冬奥会契机，与张家口市政府和清华大学合作，在张家口空港技术开发区坚实燃料电池发动机生产基地，进入产业化量产阶段。

氢燃料电池对所用氢气的要求比较严格，要求纯度达99.99%以上，氧气含量低于5×10^-6，总S含量低于4×10^-9，氨含量低于100×10^-9，CO含量低于0.2×10^-6，CO₂含量低于2×10^-6，卤化物含量低于50×10^-9，水含量低于5×10^-6，因此现在基本以水电解制氢为主，成本较高，是限制氢燃料电池发展的主要矛盾。另一个需要突破的难点是氢燃料电池堆及其质子交换膜等关键材料，这正是中国科协2017年度“新材料领域前沿跟踪研究”课题中“新能源材料”的核心内容。

在亿华通公司的制氢线、加压站、加氢站、燃料电池发动机测试车间、气瓶检测线，课题组人员对各线重点细节、工作流程、关键材料、性能特点、安全保障等逐一调研，证实了文献和专利研究中相关资料的正确性，更重要的是收集到了现场一线、与文献报道中不符的实际数据和我国氢燃料电池的真实水平。调研期间，各专家与亿华通公司还进行了深入的技术研讨，为通过本课题的研究正确认清和把握我国氢燃料电池材料发展现状和特点、优势和不足、关键问题所在，并由此提出促进我国氢燃料电池材料科学发展的指导性解决方案，推动我国新能源材料科技创新体系建设，支撑战略性新兴产业的发展，又一次夯实了依据，也为学会联合体开展工作积累了宝贵的工作经验。