目前國內(nèi)在燃料電池領(lǐng)域有清華大學(xué)、武漢理工、大連物化所、同濟(jì)大學(xué)等幾大研究團(tuán)隊，其中清華大學(xué)在燃料電池動力系統(tǒng)研究及產(chǎn)業(yè)化推動方面都起到了非常重要的作用。

6月28日，氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇在清華大學(xué)舉辦，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高在會議上詳細(xì)介紹了清華大學(xué)的燃料電池動力系統(tǒng)的技術(shù)路線圖及產(chǎn)業(yè)化情況。

“第一個層次，我們研發(fā)了燃料電池的混合動力系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)是外協(xié)的；第二個層次，我們研發(fā)了燃料電池發(fā)動機(jī)，燃料電池的電堆是外協(xié)的；第三個層次，我們成功研發(fā)燃料電池電堆，燃料電池膜電極是外協(xié)的。”歐陽明高說，接下來要開始燃料電池膜電極的開發(fā)，已經(jīng)組織了國際一流的研發(fā)隊伍。我們采取了“剝洋蔥模式”，層層深入，將技術(shù)鏈逐環(huán)解耦。

首先，研發(fā)燃料電池混合動力系統(tǒng)。早期的燃料電池客車以燃料電池直接驅(qū)動為主流技術(shù)路線。清華大學(xué)發(fā)明了能量混合型燃料電池混合動力，燃料電池只提供車用的平均功率，而車用的峰值變化功率由動力電池提供。這區(qū)別于豐田公司的功率混合型燃料電池混合動力。

清華大學(xué)還發(fā)明了Soft—run商用車燃料電池混合動力功率分配控制方法，把劇烈變化的車用負(fù)載轉(zhuǎn)化成燃料電池功率基本不變，集中在穩(wěn)定的功率范圍，這樣使燃料電池的耐久性成倍提高。早在2007年就實(shí)施了國際首例燃料電池客車氫-電系統(tǒng)帶壓碰撞實(shí)驗(yàn)。關(guān)聯(lián)公司研發(fā)的高壓氣態(tài)氫系統(tǒng)已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，并獲得國家頒布的特種設(shè)備安裝改造維修許可證。

歐陽明高表示：“我們研發(fā)了整個燃料電池混合動力系統(tǒng)，并與企業(yè)合作開發(fā)了首批獲得國家產(chǎn)品公告的燃料電池城市客車。”

從示范考核、應(yīng)用擴(kuò)展，到率先實(shí)現(xiàn)燃料電池客車成套商業(yè)化的具體路徑為：2008年在奧運(yùn)會示范，2010年在國外新加坡示范，2011—2012年聯(lián)合國UNDP全球清潔城市示范，2016配合企業(yè)開發(fā)的世界上首臺燃料電池有軌電車獲得國際氫能協(xié)會頒發(fā)的獎勵，2017年配合企業(yè)開始燃料電池客車的商業(yè)化。

其次，研發(fā)燃料電池發(fā)動機(jī)。利用內(nèi)燃發(fā)動機(jī)電控技術(shù)優(yōu)勢，研發(fā)了氫氣電控噴射與陽極再循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)明了帶陰極再循環(huán)的燃料電池發(fā)動機(jī)空氣系統(tǒng)。開發(fā)了燃料電池發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)和燃料電池專用DC/DC，可以直接利用交流阻抗反饋膜的含水量。

“我們實(shí)現(xiàn)了商用車燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)集成的技術(shù)突破，進(jìn)行了三代產(chǎn)品開發(fā)。”歐陽明高介紹，我們培育了國內(nèi)首個燃料電池發(fā)動機(jī)上市公司億華通科技股份公司，并建立了北京燃料電池發(fā)動機(jī)工程技術(shù)中心，率先獲得百臺級客車燃料電池發(fā)動機(jī)銷售。

目前，億華通科技股份公司的燃料電池發(fā)動機(jī)配套在燃料電池客車領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。目前的產(chǎn)品是完全采用自主電堆的新一代發(fā)動機(jī)。今年前四個月生產(chǎn)了燃料電池發(fā)動機(jī)150臺，預(yù)計全年銷售500臺左右。

再者，研發(fā)燃料電堆模塊。開展了電堆的設(shè)計優(yōu)化，重點(diǎn)進(jìn)行了雙極板的研發(fā)。

電堆方面，深入研究了電堆工程熱物理與狀態(tài)辨識技術(shù)，對于電堆“水-熱-氣”狀態(tài)失衡影響壽命的關(guān)鍵難題，發(fā)展了基于模型的堆內(nèi)狀態(tài)估計與管理方法，并且開發(fā)出新一代商用車燃料電池電堆，初步進(jìn)行了1千個小時以上的試驗(yàn)，壽命超出預(yù)期。

“我們進(jìn)行了電堆模塊的集成化工程開發(fā)，以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的各種要求。”歐陽明高在會議上介紹清華相關(guān)公司上海神力科技有限公司燃料電池電堆的系列產(chǎn)品，利用碳板實(shí)現(xiàn)了功率密度2千瓦/升(這對于碳板電堆而言，功率密度很高。豐田電堆功率密度3.1千瓦/升用的是是金屬板，金屬板用于轎車只需要5千小時壽命；而商用車對運(yùn)行壽命要求更高，必須要達(dá)到1萬小時以上)。

“我們堅持碳板技術(shù)路線，因?yàn)樽龅氖巧逃密嚨拈L壽命燃料電池電堆。”歐陽明高補(bǔ)充強(qiáng)調(diào)，從長壽命的角度衡量，碳板還是有優(yōu)勢的。我們實(shí)現(xiàn)了石墨樹脂復(fù)合材料雙極板的自動生產(chǎn)，現(xiàn)在正在建自動生產(chǎn)線，使雙極板的成本大幅下降。

在會議上，歐陽明高還介紹了清華大學(xué)關(guān)于燃料電池動力系統(tǒng)的長壽命長期發(fā)展技術(shù)路線圖：2020年的壽命目標(biāo)是1萬小時，2025年大于2.5萬小時。新研制的電堆壽命已經(jīng)接近1萬小時這個目標(biāo)，所以2020年產(chǎn)品的壽命應(yīng)該會超過1萬小時。

產(chǎn)業(yè)化方面，首先清華基金控股的北京億華通科技公司，2004年以來致力于燃料電池發(fā)動機(jī)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)中國燃料電池發(fā)動機(jī)批量生產(chǎn)，并具有自主知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品系列，2016年在新三板掛牌，實(shí)現(xiàn)中國氫能燃料電池公司在資本市場零的突破。

另外，上海神力的電堆基地實(shí)現(xiàn)了模壓石墨的雙極板批量生產(chǎn)，新一代燃料電池電堆的批量生產(chǎn)，同時建立了燃料電池電堆測試中心，面對全社會提供測試服務(wù)。還有張家口的燃料電池發(fā)動機(jī)基地和制氫基地，以及設(shè)在加拿大的研發(fā)基地，將率先開展膜電極研發(fā)。