领跑国际氢能燃料电池技术

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2023-3-30 01:20


前 言
氢能作为一种崭新的能源,将在 21 世纪起到越来越大的作用。

神力氢动力科技达到国际先进水平


进入 21 世纪,随着我国经济的快速发展,能源需求越来越大,能源储量却捉襟见肘。对化石燃料的依赖已经使我国的能源安全受到了威胁。化石能源消耗造成严重环境污染,可持续发展压力越来越大。而氢能,是提高能效,降低石油消费,保证能源安全,改善生态环境,实现能源多元化发展的重要途径,实现我国经济和社会可持续发展的重要选择。


许多科学家认为,氢能在 21 世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。氢能是一种二次能源,可以是其他任何能源的间接储存载体。在自然界中,氢和氧结合成水,必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。高效率制氢的基本途径,是利用太阳能,如果能用太阳能来制氢,那就等于把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的干净能源,其意义十分重大。国际能源界预测:21 世纪人类社会将告别化石能源时代而进入氢能经济时代。


氢能燃料电池是目前利用氢能的最重要的技术之一。燃料电池作为一种电化学反应装置,能够贮存在燃料(氢)中的能量与氧化剂(空气)不通过燃料直接转化成电能,其能量转换效率高达 50% 以上,且工作温度低、噪音低,唯一排放的是纯净水,真正实现零排放。燃料电池将解决“能源”与“环保”这两大世界难题,对于人类社会可持续发展有重要意义。燃料电池可以作为各种零排放交通工具的动力源,也可作为移动式、分布式发电站。国际上普遍的燃料电池技术特点是采用高压运行,比如加拿大巴拉德公司和美国通用汽车, 运行压力约为 2 个大气压(相对压力)。这种高压运行使得整个系统的功耗高、造价高、系统复杂,不安全因素也增加。而上海神力科技有限公司用常压运行的燃料电池技术达到国际先进水平。成立于 1998 年 6 月的上海神力科技有限公司,是专门从事质子交换膜燃料电池产品的研发与产业化的高科技民营企业。六年来,先后承担与完成了包括国家“九五”重点科技攻关计划、“十五”863 计划重大专项第一、二、三轮以及上海市重大科技攻关项目等在内的 7 项国家重点科研攻关任务。


上海神力科技公司通过大规模的技术创新,共申请了中国、美国专利 211 项,开发了包括车用燃料电池发动机、燃料电池游览车、燃料电池发电站等 5 个系列的燃料电池产品,其中燃料电池发电站、游览车已经实现了销售,建立了全套的中小功率(0.1kW—30kW)与大功率(30kW—150kW)的质子交换膜燃料电池及其动力系统集成制造技术以及批量生产的能力与设施体系。


上海神力公司正在建立 3 万多平方米的大规模生产的产业化基地,从燃料电池发动机上游原材料供应产业化到生产流程化以及燃料电池产品化都已基本实现。上海神力科技公司承担了国家“十五”863 计划电动车重大专项中的“燃料电池发动机”课题。自 2001 年以来,已经连续承担与完成该课题的第一、二、三轮攻关任务,成功地研发与生产了第一、二、三代轿车用与城市大巴用燃料电池发动机,并分别安装在同济大学的“超越一、二、三号”系列燃料电池轿车与清华大学的“清能一、三号”等燃料电池城市客车上。所有这些燃料电池轿车与燃料电池城市客车的成功示范运行表明,该课题所研制的燃料电池发动机完全达到车用燃料电池发动机的要求,并已经累计生产轿车用燃料电池发动机 10 多台,大巴用燃料电池发动机近 10 台,具有批量生产的能力。2002 年 12 月 17 日,由上海神力科技有限公司生产的第一代轿车用燃料电池发动机通过专家组验收。经过振动试验和台架车性能考核,于 2003 年 7 月装上同济大学的燃料电池轿车———“超越 1 号”。


我国同济大学第二代燃料电池轿车———“超越二号”系列于 2004 年 5 月研制成功,所有该系列产品装备了上海神力科技公司的第二代轿车用燃料电池发动机;我国同济大学第三代燃料电池轿车———“超越三号”系列于 2005 年研制成功,所有该系列产品,都装备了上海神力科技公司的第三代 50 千瓦轿车用燃料电池发动机;


“超越二号”燃料电池轿车装备了上海神力科技公司的第二代轿车用燃料电池发动机;通过了所有汽车常规性能试验,最大时速超过了 115 公里 / 小时,续驶里程达到 217 公里。“超越二号”示范运行以来,燃料电池发动机性能稳定、可靠,折合累计行驶里程已超过 1 万公里。


我国清华大学燃料电池城市大巴平台车于 2003 年 10 月研制成功,装备了上海神力科技公司的第二代城市客车用燃料电池发动机。


我国清华大学燃料电池城市客车 B-型实用样车于 2004 年 5 月研制成功,装备了上海神力科技公司的第三代 120kW 城市客车用燃料电池发动机。第三代 120kW 城市大巴用燃料电池发动机在燃料效率方面处于国际领先的地位,在发动机体积、重量、比功率的指标方面也已经处于国际先进水平。该样车于 5 月 25 日参加了“第二届国际氢能论坛”北京天安门前的示范运行。该样车自示范运行以来,总行驶里程已经超过了 5000 公里,燃料电池发动机性能稳定、可靠。


2004 年 10 月,在上海嘉定 F1 赛场举行的世界清洁汽车“必比登挑战赛”上,中国有三种车型、五辆燃料电池电动车出现在赛场上,所有这些燃料电池电动车的燃料电池发动机都是由上海神力科技公司提供的。清华大学的燃料电池城市客车、同济大学的燃料电池轿车“超越二号”参加了各项测试比赛并取得了五项中的四项 A 的良好成绩。


燃料电池发动机的研制成功为产业化铺平了道路,这是创新性的自主知识产权,具有价格低、安全可靠、零部件容易采购、稳定性好等特点,适合大批量产业化生产。


在技术及产品上,上海神力科技有限公司在以下方面达到国际先进水平:


1. 首次创新性地实现燃料电池常压空气、低压氢气运行,大大减少了因高压氢气泄漏带来的危险,大大提高了安全性、可靠性,工作寿命长,支持运行系统简单,成本大大降低;


2. 具有完全的自主知识产权,申请了中国、美国专利达 210 多项;


3. 常压空气、常压氢气运行条件下,膜电极性能非常优异,达到 0.62V,1000mA/cm2;铂催化剂铂用量阴、阳二极总和为 0.6mg/cm2,比国际上 BallardPowerSystems 的铂催化剂用量 0.7mg/cm2 还低;


4. 常压运行的燃料电池发动机氢燃料效率高达 50%以上;


5. 由于采用了常压运行的空气鼓风机,整个燃料电池辅助运行的部件价低易得,非常有利于产业化;
6. 整个燃料电池发动机重量比功率(包括氢气瓶)达到 160W/kg 的国际先进水平。


2004 年 11 月 14 日,由科技部“863”计划能源技术领域办公室组织的专家组,通过了对上海神力科技有限公司承担的“燃料电池发动机 1”课题的验收。验收意见认为:


“上海神力科技有限公司在轿车用燃料电池发动机在额定工况下的发动机效率达到 45%,重量比功率达到 160W/kg;燃料电池城市客车用燃料电池发动机在额定工况下的系统效率达到 49%。上述指标超过了 863 合同规定指标的要求,达到国际先进水平。”“达到国际先进水平”这是专家组对上海神力科技有限公司自主创新的高度评价。上海神力公司总裁胡里清博士表示,其公司将以燃料电池游览车、电动船、发电站等较成熟的产品进行大规模示范作为市场切入点,积极推进燃料电池产业化进程。


胡里清的氢动力梦


胡里清,1998 年前还是在加拿大巴拉德公司从事研究工作,在上海一次偶然的讲课中发现,西方发达国家已经干的热火朝天的燃料电池,国内还没有什么人进行过研究。随后,在上海奉浦工业区领导的热邀及支持下,胡里清带着他的一个氢动力梦想,做出了人生中重大的一个决定:回国创业。现在,他已是上海神力科技有限公司总经理,带领着公司一百多名志同道合者,先后完成了包括国家“九五”重点科技攻关计划、“十五”“863”计划重大专项、上海市重大科技攻关项目等在内的 7 项国家重点科研攻关任务,开发了 5 个系列的燃料电池产品,建立了燃料电池发动机集成制造技术及批量生产的能力与设施,已然成为氢能经济时代的先行者。


一身干净的装束、可随时出行的休闲鞋,平和的笑容和随意的坐姿,积极乐观向上的性情和与众不同的思维方式,成就了这个敢于冒险、创新,出国留学、回国创业,并拥有多项自主知识产权于一身的高科技人士兼企业领导者。胡里清坚持认为,中国有能力在一些与科技相关的领域,与世界发达国家平起平坐,并达到世界领先水平。氢能利用就是一例。


他告诉我们,氢能的发展将越来越快,其技术成熟,安全性也会越来越好。氢气的来源广泛,可以通过煤、石油、天然气、甲醇重整制氢;可以利用可再生能源太阳能、风能等发电,电解水制氢;还可以通过生物的方法制氢。因此从某种意义上讲,氢是所有可再生能源的贮存载体。“氢气将来会比汽油便宜,这是一个趋势。”随着成本的降低,燃料电池价格也会降低。国外由每千瓦 1 万美金,降到后来的 2000 美金,而我国刚开始时每千瓦是 2 万元人民币左右,现在降到 5000 元左右,降价幅度非常大,将来到了 500 元,老百姓都买得起了。———这是胡里清的美好愿望。


在国外时,胡里清可以感受到空气中飘浮的草味花香,看到十公里以外的青山绿树;回国后,灰蒙的天成了他的“最厌恶”。他说,如果氢能产业可以全面推广,带给世界的将不仅是环境的变化,还将是整个人类的一些价值观念、生活方式的改变。人类将摆脱天然化石的限制,使用可再生资源。而氢能经济正是建立在循环再生的基础上的一种模式。也许需要 100 年的时间,氢能才能占到所使用能源的 22%%;但到那时,我们的后代将不用再像现代人那样砍山挖水的掏资源。而在此之前,百姓们必须转变对氢能的认识。


以前百姓都认为,氢气是不安全,危险的,对此心有余悸。胡里清在肯定了氢气确实危险之后表示,如果使用得当,氢气会比汽油更安全,这也是经过国际氢能协会认证了的。胡里清非常有把握地告诉记者,其公司生产的氢燃料电池发动机上配有氢气传感器,万一泄露,可以发出报警,自动关掉燃料电池。胡里清要为氢气“伸冤”,要扭转公众对氢气的形象认识。


发展氢能经济产业还与国家战略发展机遇有关。一直以来,我们国家都在强调跨越式发展,但实际上在很少领域会有这样的机遇去超越美国、欧洲等发达国家。但是,氢能经济领域是个例外。胡里清对此胸有成竹。为什么会有跨越的可能性呢?胡里清说,即便像美国这样的国家,对传统的汽车工业的惯性和依赖性仍然非常大,与此相对应的是,他们有强大的生产能力。而这与发动机生产密切相关。我国汽车工业还未发展到美国程度,且属于在白纸上画画。中国汽车工业自主知识产权太少,引进国外太多。那么,我们可以从零件入手,这是一个真正跨越的领域,可以摆脱中国盲目扩张跟人后走的状况。也许刚开始时汽车零部件对 GDP 贡献不大,但长远来看汽车工业将成为国家的支柱产业,因此未来发展很有优势。而这,需要依靠政府的支持。上海神力科技有限公司,也正是在国家科技部的大力支持下才得以发展到今天的规模。胡里清在 1998 年回国创立神力公司,将其生产氢能燃料电池的计划主动向政府汇报,于是政府第一次在神力科技这样的民营公司启动“九五”攻关项目;之后神力氢能燃料电池又被纳入国家“863”计划,而此前,国家“863”只是在大专院校科学院所开展。胡里清说,氢能燃料电池的推广一定得依靠政府的支持,因为这涉及到改变整个社会衣食住行的生活方式的行为。在政府的宣传下,让百姓知道“原来我们还可以选择这样一种生活方式”,知道使用氢能燃料电池既经济又方便,是在为子孙后代谋福利。加强百姓对氢动力汽车的认识,鼓励参与,实际上也是为国家为社会做贡献。胡里清还有一个燃料电池汽车梦,他的这个梦想今后大致要经过三个阶段:第一是技术示范,大概在 2006 年到 2007 年可以完成。第二是商业化示范运营,2008 年首批投产的“绿色大巴”将行驶在奥运会各赛场之间,这个阶段国家可能会借鉴国际惯例,通过政策和税收等手段支持新能源汽车;第三则是完全社会认可后,价格、技术都成熟,完全可以和内燃汽车竞争。


作为留学生回国创业的成功例子,胡里清说他不适合在现有的大专院校体制下工作,创业是为了“做点事情”,失败了也没关系。针对目前很多留学生回国就想找好工作,享受优厚待遇的情况,胡里清用他自己的经历建议他们:放下姿态,从零做起。不要在没有成果之前就提出诸多要求,要一步一个脚印,踏踏实实证明自己不枉为学习了国外先进技术和经验的留学生。
胡里清对他自己的事业有着非常强烈的责任心,因此他在挑选“战友”的时候也格外要求其对氢能事业有着高度的认同感。他表示,愿意与有战略行为或有相当的战略自觉行为的企业合作,而不愿意作秀。“为了干好整个事情,大家协同作战。”学习岳家军,形成团队协作和共生死共患难的精神,然后默默无闻地工作,必将成就大的事业———这,是胡里清对自己事业的要求,也是他成就自我的信念。
胡里清说他有三个愿望:一是要向世界证明,中国在高科技领域有能力与世界发达国家平起平坐;二是他要证明,只要一个人有信心有能力,在政府的支持下,任何事业从零到有都可以实现;三是他希望看到氢能燃料电池技术率先在中国实现产业化,而这需要各方面的努力———胡里清已经成功实现了头两个愿望,现在,他在向第三个愿望冲刺。相信不久的将来,胡里清必定如愿以偿。
神力科技助推清洁汽车产业发展
7 月 8 日,国家科技部高新司副司长许倞在“第四届北京国际清洁汽车技术研讨暨展览会”新闻发布会上,对上海神力科技有限公司的自主技术创新表示肯定。他认为,对于民营企业、国有企业,甚至对于一些合资企业,在国家科技计划项目竞标方面,政府没有任何歧视。上海神力公司得到了国家科技部和上海市地方政府的大力支持,包括神力公司的技术进步等各个方面的工作。政府希望支持的是一个产业的发展,尤其像燃料电池产业,它是未来重要的国际战略能源,政府应不断地关注企业的发展。一项技术的发展,不但需要有企业优秀的技术人员,更要有创新、创业发展的环境。因为有一个好的技术,并不等于未来能够创造一个好的产品,也并不等于未来企业能够得到健康的发展。所以在整个过程当中,政府是在综合性的关注着,在整个国家的科技计划项目竞标中,也是非常平等的,神力公司就是一个典型的例子。在谈到政府对清洁汽车产业发展有哪些措施时,许倞说,去年由国家发改委颁布了《中国汽车产业发展政策》,在中国汽车产业政策方面,在未来的汽车技术发展中,明确地把清洁汽车(包括现有燃油汽车、电动汽车、燃料汽车)作为我国汽车产业发展的重要方向。清洁汽车比传统的车辆肯定是要贵一些,政府部门过去已经考虑到要发展清洁汽车。这其中有两个共同因素在起作用。一个是市场驱动,市场在清洁、环保、能源方面的共同认识,使得市场对于清洁车辆的需求也在逐步的增加。另一个是政府在大的政策层面上对于清洁、环保的支持。国家发改委与国家财政部门正在研究制定宏观政策,研究混合动力汽车制造企业如何减轻由于增加高技术含量而增加的成本、给消费者更多的优惠等。随着中国技术的不断成熟,随着中国标准法规的建立,政府也会出台政策,这样对于企业、消费者都有鼓励和好处。此外,在技术方面,科技部在“十五”国家科技攻关计划、“863”计划中分别安排了“清洁汽车关键技术攻关与示范应用”和“电动汽车重大科技专项”等一批国家重大科技项目,围绕燃油汽车清洁化、代用燃料汽车和电动汽车等重大关键技术、共性技术,组织开展了以产业化为目标、以产品为龙头、官产学研相结合的大规模技术攻关工作。国内主要汽车整车企业、发动机企业以及一大批从事清洁汽车技术开发的高新技术企业、科研机构和众多的大专院校加入到了清洁汽车行动技术攻关的行列。这其中,上海神力科技有限公司取得了一系列的成果。上海神力科技有限公司曾于 2000 年 10 月,自行开发出我国首辆质子膜燃料电池电动游览车,并在“上海工业博览会”展出,受到领导和专家的高度评价。此后,神力公司承担了国家“十五”“863”计划“燃料电池发动机”课题,成功研制多台燃料电池发动机,用于清华大学燃料电池城市大巴和同济大学“超越”系列燃料电池轿车等。上海神力科技有限公司取得的一系列成果,为清洁汽车的进一步推广做出了很大的贡献。在高科技领域,企业的价值和竞争力在很大程度上取决于其技术的先进性,特别是在燃料电池这样具有重大技术革命意义且发展潜力巨大的领域。燃料电池产业的发展,将依赖并带动上游、下游、周边众多产业的协同发展,因此,需要建立和实施“协作竞争、共同发展”的战略框架,以“市场化、资本化、规范化”的方式建立战略联盟,以共同的价值取向和利益诉求促进燃料电池产业的发展。上海神力科技有限公司在不断提升公司的技术价值和品牌价值的同时,积极寻求相应的有形资本的扩张,注重各种所需资源的整合。以公司价值最大化为目标,在技术、市场、利润、规模、速度等方面追求均衡而有所侧重的快速发展。
目前,公司资产规模已超过 1 亿元人民币,一些产品已开始批量生产,并进入市场。为适应公司规模化生产的需要,公司计划改制为股份有限公司,诚邀有志于发展中国燃料电池产业的企业投资合作。
神力记事
●1998 年 10 月起,与中国科学院上海有机所共同承担国家 863 计划项目“质子交换膜燃料电池用含氟离子交换膜的研制和开发”,2000 年 12 月通过验收。
●1999 年 8 月,承担国家“九五”重点科技攻关计划“质子交换膜燃料电池技术———30kW 质子交换膜燃料电池动力系统研制”,2001 年 3 月 23 日通过验收;胡里清博士被授予“九五”国家重点科技攻关先进个人。
●1999 年 7 月,承担上海市科技发展基金项目“5kW 质子交换膜燃料电池组及控制系统研究“;2001 年 4 月通过验收并获 2001 年上海市科学技术进步三等奖。
●1999 年 11 月,承担上海市科技发展基金项目“5—30kW 质子交换膜燃料电池堆及控制系统与催化剂研究”;2002 年 5 月通过验收。
●2001 年 8 月,承担上海市重大科技攻关项目“燃料电池轿车关键技术———30kW 燃料电池发动机研究”;2004 年 3 月 31 日通过验收。
●2002 年 1 月,承担“十五”863 计划电动汽车重大专项中的“燃料电池发动机”第一轮课题,2002 年 12 月验收通过。
●2003 年 1 月,承担“十五”863 计划电动汽车重大专项中的“燃料电池发动机”第二轮滚动课题,至 2004 年 10 月已全面完成。
●2004 年,上海神力科技有限公司“燃料电池发动机产业化”项目被列入国家级“火炬计划”。截止到 2004 年 9 月,上海神力科技有限公司已申请中国专利 150 项,其中 38 项已获授权;申请美国专利 11 项。



 
玄能
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