清华成功研发100千瓦大功率燃料电池

近日，清华大学核研院燃料电池实验室承担的科技部重点研发计划课题“基于新材料体系的大功率燃料电池技术及应用示范”取得突破，成功研制出超过100千瓦大功率燃料电池电堆，并完成测试验证。

去年以来，随着国家补贴政策落地，各地政府纷纷出台相应政策文件，进一步加强对氢能产业的布局规划。我国氢燃料电池产业即将进入“产业化发展”的前夕，但“痛点”仍在电堆的成本和技术。

目前，氢燃料电池不仅可以解决锂电池的里程短板，还在重载、长距离场景中优势明显。为满足大型车辆、商用车的需求，未来燃料电池必将朝大功率的方向发展。

由于起步较晚，我国燃料电池电堆水平与先进国家相比较为落后，无论是单堆功率、功率密度还是使用寿命等方面，均存在一定差距。

在2020年《新能源汽车推荐目录》的燃料电池商用车中，燃料电池系统额定功率呈明显递增趋势，前1-8批次燃料电池系统额定功率集中在40-60千瓦之间；9-12批次燃料电池系统额定功率在60-90千瓦之间的车型居多；第13批的17款，电池功率平均功率为7千瓦，而2020年上半年中国氢燃料电池的平均额定装机功率仅为49.58千瓦。

燃料电池的设计研发分为膜电极、双极板、电堆封装以及BOP系统（包含氢气子系统、空气子系统、散热系统、电控单元等）四大部分。燃料电池单堆功率达到100千瓦并非是单纯的数量叠加。单堆功率提高意味着功率密度提高，对元件散热等工艺都提出了更高要求。

针对大功率燃料电池电堆的开发难点，该实验室采用316L不锈钢箔材和两板三场的结构、无定型碳的防腐涂层设计，并联合浙江锋源氢能科技公司，建立了高耐腐蚀的超薄金属双极板连续制成生产线；

另外，通过膜电极材料体系、浆料配制和涂覆工艺改进，从整体上优化了催化层中多相物质传输通道与三相反应界面，大幅提升了膜电极的性能(最大功率密度达到2.1瓦/平方厘米)。

基于以上关键部件，该实验室通过多轮的电堆结构优化设计、流体分配与流场分布仿真验证，解决了大功率电堆温度、压力、湿度差异化分布难题，组装出了超过100千瓦的大功率燃料电池电堆，并通过长城汽车股份公司的第三方测试，在车用工况下，额定功率达到103.2千瓦（3.55千瓦/升），在额定功率点稳定测试超过一小时，期间输出功率波动不足1%。最高功率输出达到125kW(4.3千瓦/升)。

该成果具有自主知识产权，在交通动力、储能调峰、热电联供等工业领域具有广阔的应用前景。