燃料電池：演繹新型的動(dòng)力科學(xué)“神話(huà)”

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池主要有鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、鋅—空氣電池、銀鋅蓄電池、燃料電池等數(shù)種，其中燃料電池是近年來(lái)出現(xiàn)的新事物，被許多人認(rèn)為是一個(gè)發(fā)展方向，因與其他電池比較，燃料電池具有功率密度高，工作溫度低、起動(dòng)性能好，運(yùn)動(dòng)部件少，安全可靠，污染少，噪音低等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

燃料電池是一種直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電流的電池，只需氫和氧兩種元素，利用這兩種元素通過(guò)媒介作用轉(zhuǎn)化為電流。氧氣可直接以空氣中提取，關(guān)鍵是提取氫氣的方法。氫氣從汽油、甲醇、乙醇等燃料中提取，燃料電池也因此得名。

燃料電池作為現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的方向，美歐日等發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視燃料電池的發(fā)展。世界上第一輛燃料電池作動(dòng)力的轎車(chē)是由奔馳汽車(chē)公司制造，于1996年5月在德國(guó)柏林向公眾展示。這款稱(chēng)作“Necar”的轎車(chē)不會(huì)產(chǎn)生污染物，它向空中排放的是純水蒸氣，不含任何物質(zhì)，甚至沒(méi)有二氧化碳，使用甲醇做燃料。而美國(guó)的Abl公司開(kāi)發(fā)的燃料電池是使用汽油做燃料的，這種車(chē)載燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)是由汽油箱、轉(zhuǎn)化器、燃料電池、電動(dòng)機(jī)組成。其中轉(zhuǎn)化器是將汽油轉(zhuǎn)化為氫氣的設(shè)備，把汽油加熱，直至處于汽化狀態(tài)，然后輸入一個(gè)有點(diǎn)火功能的金屬反應(yīng)缸內(nèi)，在低氧狀下通過(guò)“不完全燃燒”產(chǎn)生氫，然后將氫輸送到燃料電池。由于燃料電池構(gòu)造復(fù)雜，生產(chǎn)成本高昂而無(wú)法推廣。直至近年進(jìn)行了一系列改進(jìn)，燃料電池轎車(chē)在價(jià)格上與普通轎車(chē)相比約高10%－15%，已居有一定發(fā)展價(jià)值。

近幾年，我國(guó)已有一些大城市，諸如北京、上海在進(jìn)行燃料電池車(chē)的探索。然而，對(duì)燃料電池的研究從未間斷。作為一個(gè)新興領(lǐng)域，國(guó)外有很多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可以被我們借鑒和吸取，我們也應(yīng)結(jié)合自身發(fā)展把這一領(lǐng)域的研究推向新的臺(tái)階。

名稱(chēng)：高性能貯氫電極合金及Ni/MH電池技術(shù)

項(xiàng)目介紹：根據(jù)我國(guó)稀土資源豐富的特點(diǎn)，以廉價(jià)的混合稀土金屬作為主要原材料的AB5型混合稀土-鎳系貯氫電極合金是我國(guó)金屬氫化物-鎳（Ni/MH）電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的首選負(fù)極材料。

該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)AB5型合金A側(cè)混合稀土中La、Ce、Pr、Nd四種稀土元素的成分進(jìn)行綜合優(yōu)化搭配，并通過(guò)對(duì)合金B(yǎng)側(cè)成分的精細(xì)多元合金化以及合金組織結(jié)構(gòu)和表面特性的優(yōu)化控制等研究，研制出具有我國(guó)資源與技術(shù)特色的高性能AB5型混合稀土-鎳系貯氫電極合金系列，并進(jìn)行了中試應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

該系列合金具有初始活化快（2次循環(huán)活化95％以上）、最大放電容量高（≥320mAh/g）以及循環(huán)壽命長(zhǎng)（≥500次）等顯著特點(diǎn)，綜合性能指標(biāo)居國(guó)際先進(jìn)水平。

預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益：年產(chǎn)值2000萬(wàn)元，利稅350萬(wàn)元。

產(chǎn)品名稱(chēng)：燃料電池測(cè)試系統(tǒng)

產(chǎn)品型號(hào)：10W單池測(cè)試系統(tǒng)

產(chǎn)品描述：本裝置由管路系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，加濕器，加熱系統(tǒng)，保溫系統(tǒng)，電子負(fù)載，背壓系統(tǒng)，安全系統(tǒng)等組成。反應(yīng)氣體通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)來(lái)測(cè)量和控制，反應(yīng)氣體加濕由加濕器來(lái)執(zhí)行，通過(guò)調(diào)節(jié)加濕器的溫度來(lái)控制反應(yīng)氣體的濕度，加濕器出來(lái)的濕的反應(yīng)氣體由保溫管保溫，由背壓閥控制電池的壓力，由電子負(fù)載來(lái)測(cè)量和控制燃料電池的電壓和電流。FC2006V2.01軟件測(cè)試內(nèi)容 燃料氣體流量、氣泡發(fā)生器水溫、氣體溫度、電池溫度以及背壓，全部都從電腦來(lái)操控，在長(zhǎng)時(shí)間的耐久性評(píng)價(jià)中，可自動(dòng)測(cè)量各種各樣條件下的特性。此外，可用電腦來(lái)監(jiān)視和記錄流量和各種溫度（電池溫度、氣泡發(fā)生器水溫、出口和入口管道的溫度、供給氣體溫度等）、以及背壓。

電流-電壓特性測(cè)量試驗(yàn) 在電流-電壓特性測(cè)量試驗(yàn)中，測(cè)量對(duì)于負(fù)荷電流的電池電壓，用塔菲爾圖表示出來(lái)。另外，還可進(jìn)行將氣體流量控制為一個(gè)不變量的評(píng)價(jià)和將氣體利用率控制為一個(gè)不變量（cc/A設(shè)定）的評(píng)價(jià)、并可通過(guò)預(yù)先設(shè)定電池面積來(lái)設(shè)定電流密度（mA/cm2）。

恒定電流測(cè)量、恒定電壓測(cè)量、OCV測(cè)試 在恒定電流測(cè)量試驗(yàn)中，使燃料電池在恒定電流下連續(xù)進(jìn)行，測(cè)量電池電壓和內(nèi)部電阻，記錄其隨時(shí)間變化的情況。這里，也可進(jìn)行將氣體利用率控制為一個(gè)不變量（cc/A設(shè)定）的評(píng)價(jià)、以及通過(guò)設(shè)定電流密度（mA/cm2）的評(píng)價(jià)。 在恒定電壓測(cè)量試驗(yàn)中，使燃料電池在恒定電壓下連續(xù)運(yùn)行，記錄負(fù)荷電流隨時(shí)間變化的情況。 在OCV測(cè)量試驗(yàn)中，測(cè)量燃料電池的開(kāi)路電壓（OCV：負(fù)荷電流為0A時(shí)的電池電壓），記錄其隨時(shí)間變化的情況。 FC2006安全保護(hù)系統(tǒng) 考慮到了根據(jù)各種警報(bào)，進(jìn)行氣體切斷、凈化等的安全措施。能夠檢測(cè)氫氣泄露、電池電壓異常、電池溫度異常、氣泡發(fā)生器水位異常、氣體供給壓力下降、電池壓力上升、負(fù)荷裝置過(guò)載、異常過(guò)熱，由此自動(dòng)停止運(yùn)行。此外，也能夠通過(guò)來(lái)自外部的停止命令和裝置盤(pán)面上的緊急停止按鈕，用手動(dòng)方式停止運(yùn)行。 根據(jù)這些停止信號(hào)，將系統(tǒng)強(qiáng)制關(guān)閉，在切斷了燃料氣體之后，就使凈化氣體流過(guò)。可以關(guān)閉后重新啟動(dòng)，也可以在等待到達(dá)規(guī)定的時(shí)間之前繼續(xù)保持這樣的狀態(tài)。也可以在停電時(shí)自動(dòng)停止凈化動(dòng)作。FC2006系統(tǒng)的可適用范圍：詳細(xì)內(nèi)容將根據(jù)條件不同而有所區(qū)別。

名稱(chēng)：100kW燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)（Ⅰ－A型）

項(xiàng)目介紹：額定輸出100kW燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)主要由電堆與其支撐系統(tǒng)組成。電堆分別由180節(jié)電池組成的三個(gè)電池組構(gòu)成；支撐系統(tǒng)包括氫氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)及電控系統(tǒng)。氫氣系統(tǒng)主要由氫氣減/穩(wěn)壓裝置、流量調(diào)節(jié)裝置、氫氣內(nèi)循環(huán)裝置、分/排水裝置及廢氣排放裝置等構(gòu)成；空氣系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、壓力調(diào)節(jié)裝置、排氣裝置及消音裝置等構(gòu)成；水熱管理系統(tǒng)由電堆水熱管理、空壓機(jī)泵頭水熱管理、空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)熱管理及空壓機(jī)變頻控制器熱管理子系統(tǒng)構(gòu)成。電堆水熱管理子系統(tǒng)主要由分/排水裝置、循環(huán)水泵、散熱器等組成。電控系統(tǒng)主要由主控ECU、溫度/壓力傳感器、單電池電壓巡檢裝置及流量控制閥件驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。

該發(fā)動(dòng)機(jī)操作采取了變壓操作模式，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下進(jìn)入不同壓力狀態(tài)使系統(tǒng)的操作性與功耗更加合理。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制采用了功率自適應(yīng)模式，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，減小了上層ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的復(fù)雜性。

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)格及性能如下：

額定輸出功率：≥100kW

過(guò)載能力：≥20%（最高可達(dá)120kW）

外型尺寸：（m）

總重量；1000kg，重量比功率：92W/kg

輸出電壓：開(kāi)路電壓：550V，工作電壓：300~360V

發(fā)動(dòng)機(jī)效率：41%

使用氫氣純度：≥99.9%

額定電池平均電壓：0.75V

適應(yīng)環(huán)境溫度范圍：10-45攝氏度

冷卻介質(zhì)：去離子水

噪音：≤85dB

排放物質(zhì)：純凈水

加載速度：＜0.1秒鐘/kW

控制形式：功率自適應(yīng)

與外部可能的通訊形式：CAN

與外部可能的通訊內(nèi)容：

接受：?jiǎn)?dòng)、關(guān)閉

發(fā)出：總電壓、總電流、堆功率、堆溫度、氫氣壓力、空氣壓力、水路壓力、最低單節(jié)電壓

應(yīng)用范圍：清潔能源型大型客車(chē)動(dòng)力、分散電站、公共單位熱電并供。

成果形式及現(xiàn)有基礎(chǔ)：本所具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全套國(guó)產(chǎn)技術(shù)（包括核心電堆制作技術(shù)，系統(tǒng)元器件設(shè)計(jì)及其系統(tǒng)集成技術(shù)）

合作形式：我方出技術(shù)，對(duì)方出資，合作建廠。

市場(chǎng)預(yù)測(cè)：僅北京市就有十多萬(wàn)輛公交大巴，如果全部改成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其用量非常巨大。

對(duì)合作者要求：首先對(duì)新技術(shù)具有充分的理解，其次對(duì)環(huán)境污染/能源枯竭具有充分的認(rèn)識(shí)，最后具有風(fēng)險(xiǎn)投資意識(shí)。

名稱(chēng)：直接甲醇燃料電池微電源系統(tǒng)

項(xiàng)目介紹：直接甲醇燃料電池(DMFC)是直接以甲醇為燃料的一類(lèi)質(zhì)子交換膜燃料電池。甲醇燃料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，理論比能量密度高(6000 Wh/kg)，便于攜帶與儲(chǔ)存。整個(gè)電池具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便靈活等特點(diǎn)。DMFC可作為偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島荒漠等小型獨(dú)立電源；國(guó)防通訊、單兵作戰(zhàn)電源；手機(jī)、攝像機(jī)、筆記本電腦等移動(dòng)電源；軍民通用的傳感器件等。

該項(xiàng)目已申請(qǐng)2項(xiàng)美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，15項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心技術(shù)。目前可提供DMFC關(guān)鍵材料和電池組制備技術(shù)。(1)關(guān)鍵材料：鉑基電催化劑（Pt/C、PtRu/C、PtRuIr/C等，粒徑可控在2－5納米之間）；復(fù)合雙極板（電導(dǎo)率高達(dá)120Scm-1）；新型阻醇電解質(zhì)膜、MEA；(2)電池組：空氣自呼吸式DMFC的玩具車(chē)、PDA和手機(jī)電源的演示系統(tǒng)；石墨板為雙極板的15 W電池組；以不銹鋼為雙極板的20 W電池組；金屬?gòu)?fù)合板為雙極板的200W電池組。

名稱(chēng)：電動(dòng)車(chē)用鎳氫動(dòng)力電池

項(xiàng)目介紹：該項(xiàng)目產(chǎn)品鎳氫動(dòng)力電池是國(guó)家863計(jì)劃支持下的高科技產(chǎn)品，品種有6.5～150Ah系列，電池大電流充放電性能好，功率密度達(dá)300～1000W/kg，能量密度達(dá)50～70Wh/kg，壽命長(zhǎng)，可按需要設(shè)計(jì)成不同電壓等級(jí)的系統(tǒng)(含電池組管理系統(tǒng))，性能可靠；曾在各類(lèi)電動(dòng)車(chē)上得到良好應(yīng)用，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先并達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，獲部級(jí)成果二、三等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)，獲專(zhuān)利十余項(xiàng)。可應(yīng)用于各類(lèi)電動(dòng)車(chē)、軍用武器裝備及各類(lèi)電源需求，效益顯著。

名稱(chēng)：燃料電池電動(dòng)汽車(chē)用DC-DC變換器

項(xiàng)目介紹：燃料電池電動(dòng)汽車(chē)用DC-DC變換器是燃料電池汽車(chē)的關(guān)鍵部件之一。株洲電力機(jī)車(chē)研究所在該產(chǎn)品研制方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品已在同濟(jì)大學(xué)裝車(chē)，目前運(yùn)行情況良好。本所研制的產(chǎn)品具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、可通訊等特點(diǎn)。

該產(chǎn)品除可為燃料電池配套使用外，還可以和其他環(huán)保能源配套使用。如太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)等，也可在要求直流電源變換的場(chǎng)合使用。

名稱(chēng)：碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池的制造技術(shù)及中試生產(chǎn)線

項(xiàng)目介紹：該項(xiàng)成果是一種新產(chǎn)品——碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池、以及相應(yīng)的新工藝——以制備大面積化合物半導(dǎo)體薄膜為主的制造技術(shù)，并提供實(shí)施這些技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備，以建立年產(chǎn)0.3兆瓦的中試生產(chǎn)線。小面積電池的轉(zhuǎn)換效率為13.38%，在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，屬于世界先進(jìn)水平；已研制出50cm2組件，開(kāi)路電壓高于6.3V，輸出功率0.3--0.4Wp，可作為小型電器的電源。大面積太陽(yáng)電池組件的應(yīng)用非常廣泛，受到國(guó)家的支持和鼓勵(lì)。本項(xiàng)成果的特點(diǎn)在于，除提供成套的制造技術(shù)、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)以外，還提供價(jià)值900萬(wàn)元以上的關(guān)鍵設(shè)備。此項(xiàng)成果有很好的應(yīng)用前景。預(yù)計(jì)建立中試生產(chǎn)線的投資規(guī)模為1600萬(wàn)元，年產(chǎn)1兆瓦的生產(chǎn)線的投資規(guī)模為4800萬(wàn)元；年產(chǎn)量為1兆瓦時(shí)，其成本低于14元/瓦，年毛利可達(dá)1000萬(wàn)元。隨產(chǎn)量的擴(kuò)大、關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化，成本下降還有較大的空間。

名稱(chēng)：燃料電池產(chǎn)品的創(chuàng)新研究開(kāi)發(fā)和工程化開(kāi)發(fā)

項(xiàng)目介紹：本中心設(shè)立的主要目的是組織國(guó)家力量進(jìn)行燃料電池產(chǎn)品的創(chuàng)新研究開(kāi)發(fā)和工程化開(kāi)發(fā)，引導(dǎo)培育燃料電池應(yīng)用市場(chǎng)，培養(yǎng)燃料電池專(zhuān)業(yè)人才，交流、跟蹤國(guó)際燃料電池先進(jìn)技術(shù)。通過(guò)3-5年建設(shè)，形成燃料電池及氫源技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和原型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力；成為全國(guó)燃料電池及氫源技術(shù)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的技術(shù)、產(chǎn)品和設(shè)備的檢驗(yàn)測(cè)試基地；成為制定全國(guó)燃料電池及氫源技術(shù)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的各種標(biāo)準(zhǔn)的中心，并成為氫能利用的示范基地。

該項(xiàng)目屬高科技型項(xiàng)目，屬科技開(kāi)發(fā)范圍，可獲得市場(chǎng)壟斷性的高附加值效益，只要開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品有實(shí)用價(jià)值，并能獲得客戶(hù)的技術(shù)認(rèn)可、經(jīng)濟(jì)認(rèn)可和價(jià)值認(rèn)可，該項(xiàng)目具有長(zhǎng)期的清潔能源環(huán)保的社會(huì)效益價(jià)值，可轉(zhuǎn)變?yōu)榱己秘?cái)務(wù)收益價(jià)值。

名稱(chēng)：燃料電池轎車(chē)電機(jī)及其控制系統(tǒng)

項(xiàng)目介紹：（1）該課題完成的“電動(dòng)汽車(chē)用高速永磁無(wú)刷電機(jī)控制技術(shù)”對(duì)于大功率、高密度、永磁無(wú)刷電機(jī)的控制具有指導(dǎo)意義，基本解決了車(chē)用永磁電機(jī)控制關(guān)鍵問(wèn)題，可以用于機(jī)器人電驅(qū)動(dòng)技術(shù)和軌道車(chē)輛電力牽引裝備，具有較大的社會(huì)效益。

（2）該課題完成的“電動(dòng)汽車(chē)用IPM驅(qū)動(dòng)器電磁兼容性設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)”，為開(kāi)發(fā)具有良好電磁兼容性能的高密度變頻器產(chǎn)品奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）該課題完成的“電機(jī)和電機(jī)控制器布局”對(duì)于車(chē)用電機(jī)及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置具有很高參考價(jià)值，其在相關(guān)領(lǐng)域的直接應(yīng)用具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）對(duì)稀土永磁材料工業(yè)的推動(dòng)

我國(guó)是稀土大國(guó)，蘊(yùn)藏量居世界首位，稀土永磁材料本身就是同石油一樣的戰(zhàn)略性資源，可以等同于能源看待。所以稀土永磁材料在電動(dòng)汽車(chē)無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成功應(yīng)用，不僅對(duì)我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)產(chǎn)生良好的發(fā)展作用，對(duì)國(guó)家稀土永磁產(chǎn)業(yè)也產(chǎn)生巨大的拉動(dòng)效應(yīng)，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（5）工業(yè)控制技術(shù)的推動(dòng)

課題組應(yīng)用了永磁無(wú)刷電機(jī)的弱磁控制技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)阻抗-電壓-頻率關(guān)系相互匹配的電機(jī)，以滿(mǎn)足工業(yè)中需要在3-4倍基速恒功率輸出的要求，此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用，對(duì)于工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、軌道車(chē)輛電力牽引裝備的國(guó)產(chǎn)化，有十分重要的意義。對(duì)于工業(yè)驅(qū)動(dòng)，特別是對(duì)要求具有較寬的調(diào)速范圍的應(yīng)用場(chǎng)合，具有潛在巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（6）推動(dòng)同行業(yè)其它電動(dòng)車(chē)的發(fā)展

對(duì)于已完成的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的研究成果，可以進(jìn)一步應(yīng)用于其它電動(dòng)車(chē)輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別是輪轂電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于取消車(chē)軸的車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)，有很大的優(yōu)勢(shì)。同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院“春暉一號(hào)”、“春暉二號(hào)”、“春暉三號(hào)”四輪驅(qū)動(dòng)概念車(chē)的研制成功，本課題組為其提供了驅(qū)動(dòng)的心臟--無(wú)刷輪轂電機(jī)，這就是一個(gè)很好的應(yīng)用典范。

名稱(chēng)：直接甲醇燃料電池研制

項(xiàng)目介紹：主要研究?jī)?nèi)容是甲醇電氧化催化劑和耐甲醇陰極催化劑的研制；質(zhì)子交換膜的改性；電極和膜電極集合體制備工藝研究；新型電池組結(jié)構(gòu)的研究；瓦級(jí)和百瓦級(jí)電池組研制及其性能測(cè)試。

在以上研究工作的基礎(chǔ)上，組裝瓦級(jí)和百瓦級(jí)電池組，進(jìn)行性能測(cè)試、改進(jìn)，探討工作條件對(duì)電池性能的影響。

主要成果：直接甲醇燃料電池電動(dòng)自行車(chē)

直接甲醇燃料電池電動(dòng)自行車(chē)是我公司在國(guó)家863計(jì)劃支持下開(kāi)發(fā)研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研成果，該車(chē)以200W級(jí)直接甲醇燃料電池為核心，包括甲醇燃料循環(huán)系統(tǒng)氧化劑供料系統(tǒng)、電堆預(yù)熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、直流轉(zhuǎn)換模塊等部分。電堆穩(wěn)定輸出220W，峰值可達(dá)400W，電動(dòng)自行車(chē)時(shí)速20公里每小時(shí)。該車(chē)是國(guó)內(nèi)首輛直接甲醇燃料電池電動(dòng)自行車(chē)。

名稱(chēng)：直接甲醇燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研究

項(xiàng)目介紹：該課題以創(chuàng)新方法研制高效高貴金屬載量催化劑和阻醇膜，研制具有高三相界面的MEA，并進(jìn)行全面表征。通過(guò)解決催化劑毒化、甲醇滲透等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)及構(gòu)筑立體電極降低液封問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上研制5-100W的電池，單電池的性能達(dá)到國(guó)際水平。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本課題研制的電堆在90oC時(shí)的功率密度可以達(dá)到200mW/cm2。當(dāng)使用自制的納米碳化鎢增強(qiáng)的Pt/C陰極催化劑時(shí)，Pt的含量?jī)H為1mg/cm2，在70oC時(shí)，電池的輸出功率可超過(guò)200mW/cm2。

本課題的實(shí)施從基礎(chǔ)研究入手，以解決實(shí)際問(wèn)題為前提，得到了良好的效果。取得了如下主要成果：

（1）本課題發(fā)明的交替微波法制備催化劑，其制備過(guò)程簡(jiǎn)單，方便，快速，是一種創(chuàng)新技術(shù)。

（2）本課題研制的氧化物增強(qiáng)Pd基陽(yáng)極催化劑和納米碳化鎢增強(qiáng)非鉑陰極催化劑均屬?lài)?guó)際首創(chuàng)。

（3）以均相流延法制備有機(jī)/無(wú)機(jī)納米材料復(fù)合阻醇膜和自保濕膜，是一種創(chuàng)新技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)可達(dá)到有機(jī)/無(wú)機(jī)材料不分相、混合均勻的目的，避免固體材料在液體相中分布不均勻的情況出現(xiàn)。

（4）本課題發(fā)明的膜電極制備技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平（通過(guò)廣東省級(jí)成果鑒定）。

（5）自主研制了高質(zhì)量的膜電極組裝儀和CCM儀（膜表面直接載催化劑），這是液體燃料電池成功的關(guān)鍵技術(shù)

名稱(chēng)：直接醇類(lèi)燃料電池微電源系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)

項(xiàng)目介紹：直接醇類(lèi)燃料電池（DAFC）使用液體燃料直接進(jìn)料，無(wú)需重整改質(zhì)處理，甲醇、乙醇等燃料便于攜帶與儲(chǔ)存，電池比能量密度高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、方便靈活，因而受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。本項(xiàng)目針對(duì)目前直接醇類(lèi)燃料電池的低溫醇類(lèi)燃料陽(yáng)極氧化動(dòng)力學(xué)過(guò)程較慢；電極催化劑易被CO等反應(yīng)中間體毒化；燃料甲醇、乙醇等從陽(yáng)極向陰極的滲透致使電池性能不斷衰減，使用壽命較短等問(wèn)題，在關(guān)鍵材料、核心部件制備技術(shù)和系統(tǒng)集成諸多方面開(kāi)展了研究。

該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了直接醇類(lèi)燃料電池微電源系統(tǒng)集成技術(shù)，研制成功系列重量輕，體積小，在民用小型電子移動(dòng)設(shè)備，軍用可移動(dòng)電源等方面具有廣泛應(yīng)用前景的直接醇類(lèi)燃料電池（DAFC）微電源系統(tǒng)。研制DAFC微電源系統(tǒng)的輸出功率峰值可達(dá)20-60瓦。已申請(qǐng)15項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，在核心技術(shù)方面擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。關(guān)鍵技術(shù)：

1.高擔(dān)載、高分散、粒徑可控，形貌/優(yōu)勢(shì)晶面可控的電催化劑制備技術(shù)

2.多層復(fù)合電極結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵組分具有一定取向的MEA制備及其批量生產(chǎn)技術(shù)

3.系統(tǒng)集成技術(shù)：主動(dòng)式和被動(dòng)式直接醇類(lèi)燃料電池的系統(tǒng)集成技術(shù)

技術(shù)水平：研制的微電源系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)與國(guó)際同期同類(lèi)研究水平相近。核心部件（MEA）性能經(jīng)國(guó)際同行評(píng)估，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。研制的關(guān)鍵材料催化劑的性能經(jīng)英國(guó)Johnson Matthey 公司和韓國(guó)SAIT評(píng)估，結(jié)果表明，催化劑的性能達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類(lèi)商品指標(biāo)。

名稱(chēng)：堿性離子交換膜直接甲醇燃料電池研究

項(xiàng)目介紹：堿性電解質(zhì)膜燃料電池（AEMFC）與目前流行的質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）相比，突出的優(yōu)點(diǎn)在于可以使用非鉑催化劑，這對(duì)燃料電池的普及應(yīng)用具有非常重要的意義。實(shí)現(xiàn)AEMFC的難點(diǎn)在于目前缺乏高性能的堿性聚合物電解質(zhì)。目前商品化的季銨鹽聚合物離子電導(dǎo)率較低、熱穩(wěn)定性差，而且無(wú)法從溶液鑄膜，無(wú)法使用于燃料電池。我們?cè)趫?zhí)行863課題“堿性離子交換膜直接甲醇燃料電池研究”的過(guò)程中，成功地研制出一種高性能的堿性聚合物電解質(zhì)，其離子電導(dǎo)率大于0.01S/cm，可由溶液成膜，膜機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良。目前我們已經(jīng)使用這種堿性聚合物電解質(zhì)成功地實(shí)現(xiàn)真正意義上的堿性電解質(zhì)膜直接甲醇燃料電池（AEM-DMFC），國(guó)際上尚未見(jiàn)有相同報(bào)道。這項(xiàng)成果是一種重要的燃料電池關(guān)鍵材料，將為燃料池的研發(fā)帶來(lái)一種全新的局面。

名稱(chēng)：50kW級(jí)天然氣熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

項(xiàng)目介紹：熔融碳酸鹽燃料電池開(kāi)展了燃料電池電極、電解質(zhì)板生產(chǎn)和研發(fā)基地的建設(shè)；初步建立了可進(jìn)行百瓦級(jí)發(fā)電實(shí)驗(yàn)的基地。研制和開(kāi)發(fā)了面積達(dá)0.5m2的電池電極；電解質(zhì)板的面積達(dá)到了0.8m2；雙極板的制作工藝研究提高了耐腐蝕性能和電池的性能。產(chǎn)氣量為100立方米/小時(shí)的天然氣外重整裝置已經(jīng)研制完成并安裝到位；10 kW級(jí)電池組已經(jīng)制造完成并進(jìn)行發(fā)電試驗(yàn)。完成了50 kW級(jí)熔融碳酸鹽燃料電池示范電站測(cè)試系統(tǒng)制造和調(diào)試。

通過(guò)高溫燃料電池研究，已具備自主加工制造熔融碳酸鹽燃料電池的各個(gè)組件的能力，成功研制和開(kāi)發(fā)了10kW的電堆和50kW的系統(tǒng)。形成50kW級(jí)示范電站完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，建立了大型熔融碳酸鹽燃料電池電池組關(guān)鍵材料電極、電解質(zhì)板、雙極板的中試化制備基地，形成大型熔融碳酸鹽燃料電池電池組關(guān)鍵材料制備技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。已經(jīng)具備了研制數(shù)十千瓦級(jí)熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的能力，為建立中試規(guī)模生產(chǎn)基地奠定了基礎(chǔ)。

名稱(chēng)：5千瓦級(jí)平板型中溫固體氧化物燃料電池技術(shù)

項(xiàng)目介紹：固體氧化物燃料電池已基本完成了各關(guān)鍵材料和關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，設(shè)計(jì)建立1000W級(jí)電池堆控制測(cè)試系統(tǒng)，小電池組實(shí)驗(yàn)運(yùn)行獲得成功，電池組含58片單電池，工作溫度850℃ ，輸出功率達(dá)到445W。平板型中溫固體氧化物燃料電池?cái)?shù)百瓦級(jí)的電池堆實(shí)驗(yàn)運(yùn)行獲得成功，為進(jìn)一步優(yōu)化放大奠定了基礎(chǔ)，并具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在大面積陽(yáng)極支撐型電解質(zhì)膜，高溫密封材料，合金連接板的保護(hù)涂層等關(guān)鍵部件的研制上取得突破，建立了千瓦級(jí)的電池堆控制系統(tǒng)，已經(jīng)具備了研制數(shù)千瓦級(jí)固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的能力。

名稱(chēng)：燃料電池轎車(chē)用高功率型鋰離子動(dòng)力電池組及其管理模塊

項(xiàng)目介紹：研制的燃料電池轎車(chē)用35Ah鋰離子動(dòng)力電池采用新型錳系正極材料，單體電池樣品已通過(guò)10V過(guò)充和穿刺兩項(xiàng)安全試驗(yàn)，循環(huán)壽命已達(dá)到500次循環(huán)容量衰減5%，形成了年產(chǎn)150噸的生產(chǎn)能力。

名稱(chēng)：EQ6110HEV混合動(dòng)力城市公交車(chē)開(kāi)發(fā)

項(xiàng)目介紹：東風(fēng)EQ6110HEV混合動(dòng)力城市公交車(chē)由東風(fēng)電動(dòng)車(chē)輛股份有限公司研發(fā)，采用了多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。整體水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相當(dāng)，某些關(guān)鍵技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。在國(guó)內(nèi)率先投入城市公交線商業(yè)化示范運(yùn)營(yíng)。經(jīng)過(guò)多年開(kāi)發(fā)，東風(fēng)混合動(dòng)力公交車(chē)完成了最終產(chǎn)品定型，并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)完成了定型試驗(yàn)。完成國(guó)家產(chǎn)品公告申報(bào)后，即可成為中國(guó)第一代混合動(dòng)力汽車(chē)商品車(chē)銷(xiāo)售。圖為外觀現(xiàn)代、精致的東風(fēng)EQ6110HEV混合動(dòng)力公交定型樣車(chē)。該車(chē)已進(jìn)入生產(chǎn)準(zhǔn)備和市場(chǎng)導(dǎo)入階段。東風(fēng)電動(dòng)車(chē)公司已成立產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)導(dǎo)小組，專(zhuān)項(xiàng)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備工作。目前，零部件和整車(chē)生產(chǎn)準(zhǔn)備、質(zhì)量保證、零部件采購(gòu)、生產(chǎn)陣地改造完善、服務(wù)保障體系建設(shè)工作已陸續(xù)展開(kāi)。