科创中国

行业领域

高技术服务业

需求背景

技术难题与目标：

（1）当前国内外燃料电池由于受到极板结构、膜电极性能和装配工艺的限制其体积比功率较低（国外以田二代电堆为例其体积比功率密度为***,国内以捷氢PROME系列电堆为例其体积比功率密度为*** kW/L），限制了其在乘用车领域的应用和发展。为满足乘用车应用需求，需在降低辅助系统体积功耗的基础上开发设计高可靠性、高体积比功率密度、低温适应性好的低压低计量比电堆。本项目电堆主要开发技术指标：电堆主要技术指标：功率83kW、功率密度≥*** kW/L；额定点空气计量比≤***、空气压力≤150kPa(g);

（2）当前燃料电池电堆主要由双极板膜电极密封圈按序堆叠压装而成，装配效率低，检修难，双极板焊接效率低等导致的电堆成本高，将燃料电池阴极板、膜电极、阳极板组装成独立的单电池可有效降低燃料电池成本提高生产效率降低检修难度，单电池方案应全新设计避免对已有技术造成侵权；

（3）当前行业膜电极受到催化剂、质子膜和GDL等材料和结构限制功率密度仅为***²,不能满足电堆高体积比功率密度需求，需开发更高功率密度≥***²膜电极；

（4）当前极板在高电密（≥***）下工作时存在流体分布均匀性差、传质差、排水难等问题，为满足高电密电堆的发展趋势，需开发排水性能好、传质能力强、分配均匀性高的极板。阴极板应满足流道周期≤***,实现3000m A/cm² 下持续运行不出现堵水;

技术攻关方向：

（1）极板和膜电极的最优匹配技术、电堆低温无辅热快速冷启动、取消增湿器电堆在自增湿工况下稳定运行

（2）提升单电池方案密封可靠性、单电池结构设计、高效率单电池加工工艺设计

（3）自增湿、高性能膜电极研发

（4）超薄排水性能好、传质能力强、分配均匀性高的极板开发

需解决的主要技术难题

基于单电池架构的高性能自增湿燃料电池堆开发需要解决以下技术难题：

1. 增湿技术：自增湿燃料电池堆需要保持一定的湿度以提供离子传导，但过高或过低的湿度都可能导致堆效率下降或损坏。因此，需要开发适合的增湿技术，确保电池堆能够在合适的湿度范围内正常运行。

2. 氧化物电解质材料：自增湿燃料电池堆通常使用氧化物作为电解质材料，但传统的氧化物电解质材料存在电导率低、稳定性差等问题。因此，需要开发新型的氧化物电解质材料，以提高电池堆的性能和稳定性。

3. 燃料电极催化剂：燃料电极催化剂在电池堆中起到加速反应的作用，对电池性能有重要影响。目前，常用的催化剂如铂等价格昂贵，因此需要寻找更便宜、高效的催化剂，以降低燃料电池堆的成本。

4. 热管理：自增湿燃料电池堆在工作过程中会产生热量，如果热量不能及时有效地排出，将会导致堆效率下降或甚至堆损坏。因此，需要开发高效的热管理系统，以确保电池堆能够在适宜的温度范围内运行。

5. 水管理：自增湿燃料电池堆需要控制和管理水的供应和排放，以保持合适的湿度和避免水分泄漏。因此，需要开发水管理系统，确保水的供应和排放能够精确控制。

6. 堆的可扩展性：自增湿燃料电池堆通常由多个电池单元组成，需要确保堆的可扩展性，使得在需要更大功率输出时，可以方便地增加电池单元的数量，而不影响整个堆的性能和稳定性。

7. 安全性：自增湿燃料电池堆需要具备良好的安全性能，避免发生气体泄漏、爆炸等事故。因此，需要开发安全措施和监测系统，确保电池堆的安全运行。

期望实现的主要技术目标

应用场景:  深蓝汽车采用该设计方案完成电堆制造及验证，并搭载于深蓝汽车燃料电池乘用车，开展示范运行。

经济效益：通过本项目的研发，完成乘用车电堆设计制造，性能指标全球先进，成本精益，提升深蓝汽车的燃料电池汽车性能，加速燃料电池乘用车市场化进程；自主掌握高效率、高比功率、低温适应性和长寿命自增湿燃料电池电堆的设计、集成和验证能力，核心技术行业领先; 自主创新掌握单电池封装结构和工艺，自主掌握核心知识产权。

生态效益：燃料电池堆清洁绿色无污染，可减少城市二氧化碳等污染物排放，改善城市居住环境，同时加快绿色低碳出行转型，为实现“碳达峰碳中和”目标助力；

社会效益：本项目推进期，将在重庆本土研发、本土制造、本土测试，助力重庆当地研发、制造、测试产业链形成，助力重庆燃料电池乘用车产业集群打造，为后续持续发展奠定基础；本项目完成后，电堆总成性能指标全球先进，提升重庆当地及深蓝汽车在氢能行业的技术形象及水平；初步形成乘用车高性能燃料电池堆研发、制造产业体系，保证燃料电池乘用车核心部件电堆未来产业化时的技术安全、产业安全。

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