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    2021年12月10日，寧波中科科創(chuàng)新能源科技有限公司通過(guò)了由寧波市科學(xué)技術(shù)局、寧波市財(cái)政局、國(guó)家稅務(wù)總局寧波市稅務(wù)局組織的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定，并榮獲國(guó)家“高新技術(shù)企業(yè)”稱(chēng)號(hào)。此次中科科創(chuàng)新能源榮獲國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定，既是國(guó)家、各級(jí)政府對(duì)中科科創(chuàng)新能源科研能力和整體技術(shù)水平的認(rèn)可，也是對(duì)中科科創(chuàng)新能源的一種鞭策和鼓勵(lì)。未來(lái)，中科科創(chuàng)新能源將砥礪前行，通過(guò)更注重科研投入、人才隊(duì)伍培養(yǎng)來(lái)構(gòu)筑更完善的技術(shù)創(chuàng)新體系。在充分發(fā)揮高新技術(shù)企業(yè)的優(yōu)勢(shì)和模范帶頭作用的同時(shí)，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、加強(qiáng)企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展動(dòng)力，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

        從我們團(tuán)隊(duì)的角度來(lái)看，我們也圍繞這三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了長(zhǎng)期的研發(fā)，工作也與上海交通大學(xué)相結(jié)合。    針對(duì)剛才提出的三個(gè)問(wèn)題，我們發(fā)明了一些解決方案：一是具有超低傳質(zhì)阻力的新型低鉑合金膜電極；二是新型耐腐蝕鉑合金燃料電池催化劑及其批量制備技術(shù)；三是疏水梯度分布的非均質(zhì)膜電極分層制備技術(shù)。    我們還建成了＊＊＊＊條低鉑合金膜電極生產(chǎn)線(xiàn)，2020年制造了26萬(wàn)片膜電極。    從更底層的技術(shù)來(lái)看，簡(jiǎn)單地說(shuō)，為什么燃料電池使用超低鉑會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，主要有兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是電催化動(dòng)力學(xué)和傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)不能滿(mǎn)足要求。    例如，它的鉑載量下降到0.當(dāng)05mg/m2時(shí)，電極中傳質(zhì)的阻力達(dá)到整個(gè)催化層傳質(zhì)阻力的77%，傳質(zhì)阻力的增加直接影響電壓的下降。    直觀(guān)地說(shuō)，鉑載量從0開(kāi)始.4毫克/平方厘米.當(dāng)05毫克/平方厘米時(shí)，其傳質(zhì)阻力增加70%以上，其解決方案是離子結(jié)構(gòu)和電極與極板之間的適應(yīng)性。因此，燃料電池走出低鉑化的關(guān)鍵點(diǎn)是加強(qiáng)對(duì)流，提高傳質(zhì)阻力，降低傳質(zhì)阻力，或提高排水能力。    我談到了第一代、第二代和第三代催化劑。第一代是純鉑，第二代是合金顆粒，第三代是核殼結(jié)構(gòu)顆粒。第三代可以說(shuō)將鉑的用量降到了＊＊。如果我們想提高它的活性，減少它的用量，我們只能在第三代的基礎(chǔ)上繼續(xù)提高單個(gè)鉑原子的活性。這是我剛才提出的＊終目標(biāo)，至1克/千瓦。如果能實(shí)現(xiàn)，燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用就能實(shí)現(xiàn)。    對(duì)于第一代來(lái)說(shuō)，第二代已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，第三代仍在發(fā)展中。這是我們開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一些數(shù)據(jù)。與第一代相比，第三代燃料電池催化劑的質(zhì)量和活性從0開(kāi)始.13提高到1.45、增加十倍以上，應(yīng)能滿(mǎn)足燃料汽車(chē)的要求。    同時(shí)，我們的顆粒的均勻性也很好，因?yàn)樗枰岣呋钚院头€(wěn)定性。穩(wěn)定性的一個(gè)來(lái)源是催化劑顆粒的大小是一致的。只有一致，它的整個(gè)衰減才會(huì)減弱，因?yàn)槊總€(gè)顆粒都長(zhǎng)得差不多，所以衰減不會(huì)有問(wèn)題。    除了燃料電池催化劑的活性，如何改善其表面積，一是活性，二是原子單層，另一個(gè)大問(wèn)題，＊近發(fā)現(xiàn)，在電極中，質(zhì)子傳導(dǎo)也是一個(gè)很大的問(wèn)題，簡(jiǎn)單地說(shuō)，電極內(nèi)的質(zhì)子傳導(dǎo)是膜內(nèi)電子傳導(dǎo)電率的十分之一。    對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我們也開(kāi)發(fā)了很長(zhǎng)一段時(shí)間，優(yōu)化它，以支持低鉑和超低鉑的應(yīng)用。我們將顆粒與電極中質(zhì)子膜的導(dǎo)電問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，制成一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的電極，可以提高其耐久性，而不影響其性能。    目前，我們可以在一批中制作500克催化劑，制作膜電極車(chē)輛工況下穩(wěn)定運(yùn)行8000多小時(shí)，預(yù)測(cè)壽命超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)。    本項(xiàng)目完成了汽車(chē)燃料電池低鉑合金膜電極微觀(guān)傳質(zhì)、電荷傳遞和材料衰減的理論突破。形成高功率密度、長(zhǎng)壽命運(yùn)行，適應(yīng)工況運(yùn)行。    去年，我們獲得了中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的評(píng)估。我們擁有獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，開(kāi)發(fā)了一種新型的低鉑膜電極，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，是單位燃料電池電堆功率的國(guó)際＊＊技術(shù)指標(biāo)。    我們也得到了國(guó)內(nèi)外同行的高度評(píng)價(jià)，這是學(xué)術(shù)界的一些同行。    除制氫電解槽，膜電極外，我院還有一家合作公司，也在進(jìn)行流場(chǎng)設(shè)計(jì)，完全正向開(kāi)發(fā)。如何實(shí)現(xiàn)上游、中游、下游的水平衡和熱平衡，增強(qiáng)脊下對(duì)流，改善氣體傳質(zhì)。從電堆的角度來(lái)看，我們有電堆的開(kāi)發(fā)能力。目前，有兩種電堆，一種是75千瓦，另一種是150千瓦。    這是我們實(shí)驗(yàn)室的材料，從單電池到短電堆到長(zhǎng)電堆的系統(tǒng)測(cè)試和開(kāi)發(fā)能力。    對(duì)于未來(lái)，剛才提到燃料電池可以實(shí)現(xiàn)3600萬(wàn)輛汽車(chē)的生產(chǎn)，小于1克/100千瓦，這＊＊是大規(guī)模的。我們還需要做以下事情，即新型催化劑、新型離聚物、強(qiáng)化傳質(zhì)和耐腐蝕金屬極板，這是未來(lái)需要關(guān)注的領(lǐng)域。    燃料電池的工業(yè)化已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化的進(jìn)口期。我們需要更加努力地工作，從追趕到運(yùn)行，＊終＊＊。這需要制氫電解槽，膜電極板、電堆匹配設(shè)計(jì)和同步開(kāi)發(fā)，這是燃料電池未來(lái)發(fā)展的方向。

       事實(shí)上，目前燃料電池＊大的問(wèn)題是其成本。從2020年到2021年，成本是指大規(guī)模生產(chǎn)的成本。事實(shí)上，與長(zhǎng)期的大規(guī)模工業(yè)化仍然存在差距。＊后，在接近內(nèi)燃機(jī)水平之前，需要達(dá)到30美元/千瓦的水平。然而，降低成本的路徑也非常清晰，包括需要降低成本的關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件，如燃料電池催化劑、質(zhì)子膜、碳紙、雙極板、極流板和冷卻器。    成本下降的＊大預(yù)期是催化劑和膜電極，因?yàn)閷?duì)于整個(gè)反應(yīng)堆，燃料電池催化劑和膜電極可以占成本的70%以上，這是目前難以降低成本的＊大原因。因此，催化劑和膜電極成本的下降是未來(lái)燃料電池＊大的瓶頸。    為什么？在未來(lái)生產(chǎn)許多集合時(shí)，每個(gè)人都可能不認(rèn)為催化劑是一個(gè)問(wèn)題。有些人甚至告訴我，催化劑占整個(gè)反應(yīng)堆的成本不是很高。例如，在生產(chǎn)1000套時(shí)，它只有20%到30%，但如果產(chǎn)量增加，例如50萬(wàn)或100萬(wàn)套，催化劑的單一成本超過(guò)40%進(jìn)入反應(yīng)堆，加上膜電極組件、質(zhì)子膜和包裝，可以達(dá)到60%以上的成本。因此，降低催化劑和膜電極的成本是燃料電池未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。    對(duì)于燃料電池催化劑來(lái)說(shuō)，＊大的問(wèn)題是它含有貴金屬鉑，這就是我們通常所說(shuō)的鉑。因此，未來(lái)必須使用低鉑，或超低鉑催化劑，甚至未來(lái)的非鉑催化劑，以滿(mǎn)足未來(lái)的使用要求和成本要求。同時(shí)，當(dāng)使用超低鉑時(shí)，您還需要提高其膜電極性能和使用壽命。    2000年，它是1克/千瓦時(shí)的鉑催化劑，一輛汽車(chē)燃料電池的發(fā)動(dòng)機(jī)功率假設(shè)為100千瓦，大約需要110克，到2008年是0.6-0.8克/千瓦，2020年左右降至00.2克/千瓦，未來(lái)能降到0.1克/千瓦，目前還不確定，也是行業(yè)共同努力的目標(biāo)。    從技術(shù)路徑來(lái)看，＊早在2000年左右，當(dāng)時(shí)是純鉑顆粒，直徑可達(dá)3-4納米，甚至2-3納米；2008年，鉑合金技術(shù)開(kāi)始在國(guó)際上使用，可以使鉑的使用量翻倍。制氫電解槽    今天，鉑催化劑仍在使用，＊高可達(dá)0.2克/千瓦，已經(jīng)到了極點(diǎn)。走下去的路是什么？這是今天燃料電池發(fā)展遇到的＊大技術(shù)障礙，因?yàn)槿绻悴唤档统杀?，它的成本很難與內(nèi)燃機(jī)甚至今天的鋰電池相比。當(dāng)前水平為0.2-0.3克/千瓦，長(zhǎng)期目標(biāo)應(yīng)小于0.1克/千瓦。    這里有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算。例如，我們的全球鉑年產(chǎn)量約為180噸。如果將其中20%作為燃料電池催化劑使用，對(duì)鉑市場(chǎng)的影響可能不會(huì)太大，因?yàn)橐坏┻@樣做，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)三元催化劑中的鉑可以轉(zhuǎn)移到燃料電池中。    比如用第一代技術(shù)，鉑碳催化劑，100千瓦燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)需要50克鉑，也就是說(shuō)你可以生產(chǎn)72萬(wàn)輛汽車(chē)，如果是第二代技術(shù)，也就是今天國(guó)際上使用的更多的合金技術(shù)，如果20克/100千瓦，就可以生產(chǎn)180萬(wàn)輛汽車(chē)。制氫電解槽    如果我們使用第三代技術(shù)，這是我們一直在開(kāi)發(fā)的技術(shù)。原子單層催化劑可以生產(chǎn)720萬(wàn)輛汽車(chē)，只需要5克/100千瓦，應(yīng)該稱(chēng)之為批量生產(chǎn)。＊終能否實(shí)現(xiàn)1克/100千瓦，如果能實(shí)現(xiàn)，可以生產(chǎn)3600萬(wàn)輛汽車(chē)。    你可能會(huì)想，鉑的減少帶來(lái)了什么問(wèn)題？這也是從技術(shù)角度解剖其低成本。用于汽車(chē)的低鉑有什么問(wèn)題？對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，如果鉑的載荷下降，問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)。首先，很難滿(mǎn)足高功率輸出；二是不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命運(yùn)行，二是不能適應(yīng)復(fù)雜的工作條件。    原因有很多，但＊重要的矛盾是大電流區(qū)的性能急劇惡化；二是加速催化劑衰減；第三，在零增濕/低濕條件下，離子電阻顯著增加。制氫電解槽

        第十三屆中國(guó)汽車(chē)藍(lán)皮書(shū)論壇于6月10日至12日在合肥舉行。致遠(yuǎn)學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)張俊良出席會(huì)議并發(fā)表演講。    張俊良說(shuō)，目前燃料電池＊大的問(wèn)題之一是其成本，成本是指批量生產(chǎn)的成本。事實(shí)上，與長(zhǎng)期的大規(guī)模工業(yè)化還有一點(diǎn)差距。＊后，接近內(nèi)燃機(jī)的水平需要達(dá)到30美元/千瓦。然而，降低成本的路徑也非常清晰，包括燃料電池催化劑、質(zhì)子膜、碳紙、雙極板、極流板和冷卻器等關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件。    他指出，成本下降的＊大預(yù)期是燃料電池催化劑和膜電極，因?yàn)榇呋瘎┠る姌O可以占整個(gè)電堆成本的七成以上，這是目前成本難以下降的＊大原因。因此，他強(qiáng)調(diào)，催化劑和膜電極的成本是未來(lái)燃料電池＊大的瓶頸。    他說(shuō)，目前催化劑占整個(gè)電堆的成本不是很高。比如生產(chǎn)1000套的時(shí)候，只有20%到30%。但是，如果產(chǎn)量增加，比如五十萬(wàn)套或者一百萬(wàn)套，單個(gè)催化劑成本在電堆中的四成以上，加上膜電極組件、質(zhì)子膜和包裝，可以達(dá)到六成以上。因此，降低催化劑和膜電極成本是燃料電池未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。    以下是演講實(shí)錄    下午好，尊敬各位嘉賓，媒體朋友！    我很高興有機(jī)會(huì)在這里做報(bào)告，和你交流。非常感謝賈可博士和錢(qián)先生的邀請(qǐng)。這是我第二次參加這次會(huì)議。    我今天的報(bào)告題目是“低鉑燃料電池的技術(shù)挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)策略”。    首先，我們來(lái)介紹一下我們的研究所。上海交通大學(xué)燃料電池研究所成立于1998年，也是國(guó)內(nèi)首家在高校成立的專(zhuān)業(yè)燃料電池研究機(jī)構(gòu)。講座教授1人，教授2人，副教授15余人。我們的研究領(lǐng)域包括質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、鋰電池和儲(chǔ)能電池。我們的研究80%或90%集中在質(zhì)交膜燃料電池上。    研究所具有燃料電池催化劑、膜電極、電堆、系統(tǒng)特征、測(cè)試、開(kāi)發(fā)和集成的能力。例如，我們有無(wú)塵實(shí)驗(yàn)室和各種催化劑分析儀器。制氫電解槽    對(duì)于燃料電池來(lái)說(shuō)，今天這里有很多專(zhuān)家。事實(shí)上，這是氫能行業(yè)的中心環(huán)節(jié)。從上游制氫到中游儲(chǔ)氫燃料電池技術(shù)和產(chǎn)品水平，決于我們的燃料電池技術(shù)和產(chǎn)品水平。在燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池是＊活躍的，因?yàn)樗哂忻黠@的優(yōu)勢(shì)，即可用于汽車(chē)和廣泛的工況變化。    燃料電池的主要優(yōu)點(diǎn)是效率高。與內(nèi)燃機(jī)相比，它是綠色無(wú)污染的，也被認(rèn)為是＊＊能源解決方案。它的效率超過(guò)60%，負(fù)載響應(yīng)非?？?，能量密度非常高。    ＊近，我們注意到燃料電池汽車(chē)充氫5分鐘，可以跑1000多公里。其關(guān)鍵材料，特別是電堆、質(zhì)子膜、碳紙、催化劑、雙極板等。    從電堆到系統(tǒng)，剛才提到有膜電極組件、極板、流場(chǎng)、端板等輔助部件。制氫電解槽    這實(shí)際上與我們通?？吹降膬?nèi)燃機(jī)非常相似，也是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)。與上述鋰電池＊大的區(qū)別是，鋰電池是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，而燃料電池是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，這導(dǎo)致了許多關(guān)鍵問(wèn)題和矛盾。燃料電池系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，技術(shù)障礙相對(duì)較高。    對(duì)于燃料電池，任何工程系統(tǒng)都是一樣的。為了開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量、高科技的燃料電池電堆系統(tǒng)，必須收集所有的元素、材料和部件進(jìn)行工程優(yōu)化。    例如，您需要注意催化劑來(lái)減少其電化學(xué)膜化，也需要注意對(duì)流場(chǎng)設(shè)計(jì)和歐姆極化，這＊終將反映電堆組裝和電堆性能。從燃料電池開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，它是整個(gè)鏈和整個(gè)系統(tǒng)的集成。    在國(guó)際上，燃料電池的使用壽命應(yīng)該已經(jīng)達(dá)到了汽車(chē)的耐久性，這是美國(guó)UTC公司發(fā)布的公交系統(tǒng)燃料電池可達(dá)3萬(wàn)小時(shí)，因此燃料電池的使用壽命越來(lái)越高，應(yīng)能滿(mǎn)足汽車(chē)的使用要求。制氫電解槽