高功率密度燃料電池薄型金屬雙極板及批量化精密制造技術(shù)
2019年上海市技術(shù)發(fā)明特等獎(jiǎng)
燃料電池“高功率密度、大功率輸出、長壽命運(yùn)行、低成本制造”是長期制約燃料電池汽車規(guī)模化推廣的國際難題,變革燃料電池核心部件,采用金屬雙極板替代現(xiàn)有石墨雙極板,是破解難題的有效途徑。上海交通大學(xué)來新民教授團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年研發(fā),與上汽集團(tuán)、新源動(dòng)力、上海治臻等企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作,發(fā)明了薄型金屬雙極板設(shè)計(jì)與制造新方法、新工藝和新裝備。主要發(fā)明如下:
1、提出了“島群-流道”復(fù)合的大規(guī)模并聯(lián)流場均勻分流原理,解決了現(xiàn)有叉分流道分流的過約束問題,創(chuàng)建了錯(cuò)層密封的沖壓單極板背對(duì)背焊合方法,發(fā)明了薄型金屬雙極板“兩板三場”新構(gòu)型。
2、揭示了大面積超薄板細(xì)密流道的成形回彈及焊接變形規(guī)律,建立了細(xì)密流場成形及焊接的殘余應(yīng)力分析模型,發(fā)明了極板多步成形誤差補(bǔ)償與激光焊接變形抑制技術(shù)。
3、提出了“非晶碳耐蝕-石墨微晶導(dǎo)電”的涂層性能綜合原理,探明了石墨微晶縱向生長機(jī)制;提出了非晶碳沉積過程伴生石墨微晶生長的控制方法,發(fā)明了非晶-微晶復(fù)合涂層及其磁控濺射制備技術(shù)。
4、發(fā)明了耐蝕導(dǎo)電復(fù)合涂層的多腔連續(xù)磁控濺射等工藝裝備,研制了融合多步成形-多工位焊接-多腔濺射的金屬雙極板生產(chǎn)裝備系統(tǒng),創(chuàng)建了我國首條金屬雙極板批量化生產(chǎn)線。
本項(xiàng)目獲授權(quán)中國發(fā)明專利37項(xiàng),申請PCT專利5項(xiàng),牽頭和參與制訂國家標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng),發(fā)表SCI論文91篇(全球雙極板主題論文數(shù)第一)。開發(fā)的金屬極板在國內(nèi)率先通過5000小時(shí)車載工況壽命考核,在國內(nèi)金屬極板市場上占主導(dǎo)地位;成果應(yīng)用于我國首輛金屬極板燃料電池轎車與客車、首個(gè)上汽P390型115kW車用全功率電堆開發(fā),為上汽、東風(fēng)、長城等國內(nèi)金屬極板燃料電池汽車開發(fā)提供了自主可控的核心技術(shù)。
金屬雙極板
金屬雙極板連續(xù)沖壓成形
金屬雙極板多工位連續(xù)激光焊接
金屬雙極板多腔連續(xù)磁控濺射工藝裝備
金屬雙極板生產(chǎn)
上海交通大學(xué)
2021-05-11