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近日，陜西旭氫時代科技有限公司（簡稱“旭氫時代”）西北首條全自動化氫燃料電池堆生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，該產(chǎn)線可實現(xiàn)年產(chǎn)2000臺套大功率氫燃料電池堆，另外，此次同時還有年產(chǎn)1000臺套氫燃料電池系統(tǒng)實現(xiàn)投產(chǎn)，2條產(chǎn)線分別為年產(chǎn)2000臺套氫燃料電池電堆產(chǎn)線和年產(chǎn)1000臺套氫燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)線，此次投產(chǎn)填補了陜西本土燃料電池電堆生產(chǎn)及電池系統(tǒng)生產(chǎn)的空白；同時投用1個燃料電池共性測試平臺，由陜西旭強瑞清潔能源有限公司提供高純氫氣，可滿足園區(qū)企業(yè)涉氫測試、用氫及氫燃料車輛的充裝需求。

這是陜西省首個以氫燃料電池為核心的產(chǎn)業(yè)化示范項目，也是中國科學院院士、西安交通大學教授陶文銓團隊在儲能領域開展產(chǎn)教融合結出的一個碩果，對助力打造以西安為中心的氫能裝備研發(fā)制造中心、引領陜西氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展、助力陜西省氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有里程碑式意義。

聚焦燃料電池領域，攻克卡脖子難題

在氫能產(chǎn)業(yè)當中，氫交通、氫儲能、氫工業(yè)的每一種場景的商業(yè)化都將推動萬億級市場的遞進增長，氫能交通是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導。近年來，陜西把氫能產(chǎn)業(yè)作為發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的一大支點，聚力打造千億級氫能產(chǎn)業(yè)集群，主要圍繞綠氫和氫能交通展開。陜西氫能基礎研發(fā)抑或成果轉(zhuǎn)化中，都有交大人的身影。

旭氫時代是全省首批氫能產(chǎn)業(yè)鏈主企業(yè)旭強瑞清潔能源公司的核心子公司，在氫能上游有天然優(yōu)勢，企業(yè)產(chǎn)出的低成本氫氣質(zhì)量達到99.999%的高標準，可以直接應用于燃料電池。

西安交通大學陶文銓院士團隊與旭氫時代達成產(chǎn)學研用戰(zhàn)略合作關系，依托國家儲能技術產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺（中心），成立旭強瑞-西安交通大學氫能與低碳技術研究院，雙方合作的第一階段是聚焦大功率氫燃料電池電堆性能提升。

陶文銓院士團隊主要解決的是氫燃料電池自主設計平臺的問題。氫燃料電池的自主正向設計需要從其過程機理出發(fā)，實現(xiàn)對燃料電池結構、材料選型、控制策略進行全方位的評估和迭代優(yōu)化。在設計過程中，最重要的就是設計工具。現(xiàn)在國內(nèi)很多企業(yè)在設計平臺上嚴重依賴國外的商業(yè)軟件，存在安全隱患。

西安交通大學能動學院助理教授何璞介紹氫燃料電池數(shù)值仿真設計分析平臺。

西安交通大學能源與動力工程學院熱流科學與工程系助理教授何璞說：“商業(yè)軟件存在的問題是黑箱無法可視化、可供更改的參數(shù)有限、過程機理不全面，因而，經(jīng)過商業(yè)軟件做出的氫能電池評估結果可信度有限。”為了解決這個問題，陶文銓院士團隊經(jīng)過二十多年研發(fā)積累，從數(shù)值仿真的角度，構建了具有完全自主知識產(chǎn)權的大功率氫燃料電池數(shù)值仿真設計分析平臺。

2023年10月31日，西安交通大學張卓同學和尹仁杰同學在氫燃料電池實驗室加工雙極板。

如果把氫燃料電池系統(tǒng)比作人體，電堆就是它的“心臟”。氫燃料電池電堆通常是將多個氫燃料電池單元以串聯(lián)的方式層疊組合，而燃料電池單元主要以兩大核心部件雙極板和膜電極串聯(lián)疊合組裝而成。

2023年10月31日，西安交通大學李宇婷同學在氫燃料電池實驗室組裝電堆。

膜電極是氫燃料電池的核心部件之一，是多項物質(zhì)傳輸和電化學反應的核心場所，其制備技術不但直接影響電池性能，而且對降低電池成本、提高電池功率密度至關重要。制備氫燃料電池電堆需要突破密封、點膠、漏氣、性能等多項技術難關。以膜電極為例，它的厚度不到一毫米，卻有7層結構，里面包括催化層、擴散層、質(zhì)子交換膜及邊框等。由西安交大和陜西旭氫時代自研自產(chǎn)的陜西首臺大功率氫燃料電池電堆，就是由242片膜電極堆疊到一起組成的。

2023年10月31日，西安交通大學郭浩博同學在氫燃料電池實驗室噴涂催化劑。

氫燃料電池數(shù)值仿真設計分析平臺就好比是一臺“心臟監(jiān)測儀”，平臺可以依據(jù)數(shù)值仿真技術，對氫燃料電池的結構、材料選型、控制策略進行檢測，研發(fā)團隊可以依據(jù)檢測結果改進、優(yōu)化氫燃料電池各項設計及生產(chǎn)工藝。

西安交通大學氫燃料電池堆試制及數(shù)值仿真設計分析實驗平臺配置了試制中小功率電堆的基本設備，包括流場板精雕機、點膠機、膠形檢測機、氣密性檢測機、燃料電池裝堆機、多臺燃料電池測試系統(tǒng)及燃料電池冷啟動試驗臺，平臺具備從膜電極孔隙尺度到典型單元尺度，再到大功率電堆尺度的多尺度數(shù)值仿真設計、分析、優(yōu)化能力。

在仿真工具的基礎上，陶文銓院士團隊圍繞氫燃料電池核心零部件雙極板和膜電極，開發(fā)了高通量、低流阻、高均勻的先進流場板技術，并結合燃料電池密封、裝配、檢測、評價工藝，實現(xiàn)了燃料電池從設計到生產(chǎn)的全流程控制，使燃料電池設計更具精確性、自主性、多樣性，免除了對國外商業(yè)軟件的依賴，實現(xiàn)了燃料電池關鍵部件及電堆整裝工藝的正向研發(fā)，解決了國外在氫燃料電池設計手段上的“卡脖子”問題。

服務氫能產(chǎn)業(yè)鏈，為“雙碳”目標貢獻力量

氫能源產(chǎn)業(yè)鏈包括氫能端、氫燃料電池端。與鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈相比，氫能源產(chǎn)業(yè)鏈更長，復雜度更高，商業(yè)化前景廣闊。在將氫能宏大的戰(zhàn)略價值轉(zhuǎn)化為商業(yè)價值的過程中，需要價值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、技術鏈的全方位規(guī)劃與發(fā)展。發(fā)展氫能，是陜西作為傳統(tǒng)能源大省尋找高質(zhì)量發(fā)展的突破口，西咸新區(qū)把氫能作為主導產(chǎn)業(yè)鏈。西安交通大學國家儲能技術產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺（中心）于2021年獲批成立，由何雅玲院士任平臺主任，陶文銓院士、何雅玲院士和管曉宏院士作為首席科學家，以實現(xiàn)電化學儲能、氫儲能、儲能系統(tǒng)應用、儲能安全領域核心技術為目標，搭建分層次、分階段的實訓、實踐和科研平臺，探索產(chǎn)學研用融合的協(xié)同育人新模式，輻射西北地區(qū)乃至全國，解決儲能人才緊缺問題，為科研對接政產(chǎn)學提供新的范式，為推動和加快國家及區(qū)域能源產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展提供技術和人才支撐。在氫能領域，西安交大近年來已做出諸多成績。

2023年8月15日，依托西安交通大學國家儲能技術產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺（中心）的氫燃料電池數(shù)值仿真設計分析平臺，西安交通大學陶文銓院士團隊聯(lián)合旭氫時代共同研發(fā)的陜西首臺套自研自產(chǎn)的車用大功率氫燃料電池堆正式發(fā)布，實現(xiàn)了陜西本土氫燃料電池堆生產(chǎn)及研發(fā)“零的突破”。該氫燃料電池堆采用具有完全自主知識產(chǎn)權的3D型流場板設計，該流場板具有低流阻、高均勻、強控水、性能穩(wěn)、壽命長、工作場景多樣化等優(yōu)點。電池電堆單堆功率最高可達82.3千瓦，體積功率密度達3.58千瓦每升，達到國內(nèi)先進水平。

采用氫燃料電池的無人機

何璞介紹：“我們聯(lián)合研發(fā)的氫燃料電池電堆目前主要用在重卡上，通過氫能轉(zhuǎn)化成電能給汽車提供動力，續(xù)航能力更強，而且零碳無污染。通過改進技術，可以讓氫燃料電池產(chǎn)品成本迅速下降，目前可以達到1500塊錢一個千瓦的成本水平。我們今年想要實現(xiàn)單堆150千瓦的這樣一個產(chǎn)品的功率目標。”

11月17日，旭氫時代西北首條全自動化氫燃料電池堆生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。陜西旭氫時代科技有限公司總經(jīng)理孫劍表示：“生產(chǎn)線投產(chǎn)之后可以達到年產(chǎn)2000臺套的產(chǎn)能，整個產(chǎn)值可以達到4個億，滿足1000臺車的使用需求，在制氫、儲氫、加氫、用氫全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，我們?nèi)�部完成布局�?rdquo;作為燃料電池系統(tǒng)或燃料電池發(fā)動機的核心組成部分，氫燃料電池堆可應用于燃料電池公交車、4.5噸燃料電池冷藏車、18噸燃料電池運輸車、洗掃車、31噸燃料電池自卸車和49噸燃料電池重卡等商用車，還可應用于分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)、應急備用電源等多元消費級和商用級領域，這與陜北能源供給中心和關中城市群之間的大量城際物流運輸需求高度適配，陜西開展氫能交通物流運輸具有良好的發(fā)展前景。

據(jù)了解，陜西聚力打造千億級氫能產(chǎn)業(yè)集群，高純氫產(chǎn)能目前已達8600噸/年，全省首臺電解水制氫設備成功下線；已有45輛氫燃料電池重卡投入試運行；建成并投入試運行加氫站達4座；燃料電池汽車產(chǎn)能達1000輛/年……陜西省氫能應用場景不斷拓展延伸，成長空間廣闊。目前，多條氫燃料電池重卡“短倒運輸”示范線、“西安-渭南-韓城”城際氫能廊道均已經(jīng)開始示范運營，世界首個實用化和規(guī)模化零碳智慧能源中心、由中國科學院院士、西安交通大學教授管曉宏率領的網(wǎng)絡化系統(tǒng)工程團隊提供系統(tǒng)技術的榆林科創(chuàng)新城零碳分布式智慧能源中心示范項目建成投用，由西安交通大學教授成永紅團隊原創(chuàng)的石墨烯界面納米閥技術，破解了氫能儲運難題……陜西正用各種創(chuàng)新舉措挺進氫能產(chǎn)業(yè)新賽道。

2022年12月31日掛牌運行的陜西氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司與西安交通大學合作，成立了西安交大-陜西氫能儲能技術創(chuàng)新聯(lián)合體，依托國家儲能技術產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺（中心），和何雅玲院士、陶文銓院士、管曉宏院士科研團隊，共建儲能創(chuàng)新研究院、共建儲能學院、共建儲能孵化器，合作開展儲能關鍵技術聯(lián)合攻關，助力陜西氫能產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展。

中國科學院院士、西安交通大學教授何雅玲表示，旭氫時代氫燃料電池電堆系列產(chǎn)品是國家儲能技術產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺（中心）科技成果轉(zhuǎn)化的成功案例。“校企雙方將圍繞產(chǎn)教融合、氫能技術創(chuàng)新、產(chǎn)學研合作、人才培養(yǎng)等方面開展深度合作，促進氫燃料電池相關科研成果轉(zhuǎn)化，助力企業(yè)發(fā)展。”

中國科學院院士、西安交通大學教授陶文銓說：“科研要為國家服務，我們將依托秦創(chuàng)原總窗口和國家儲能技術產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺（中心），以企業(yè)需求為導向，加大基礎研究投入，積極引導基礎研究向產(chǎn)業(yè)化落地，全力以赴打造氫燃料電池原創(chuàng)技術策源地。”

資源稟賦+產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢+校企聯(lián)合創(chuàng)新體+明確目標規(guī)劃，陜西氫能發(fā)展生態(tài)正逐步建立完善。可以預見，在校企聯(lián)合創(chuàng)新體的加持下，陜西氫能產(chǎn)業(yè)鏈將進一步打通前后端、上下游企業(yè)，而企業(yè)發(fā)展動能也將反哺區(qū)域和城市高質(zhì)量發(fā)展。

在陜西氫能發(fā)展進程中，交大人，一往無前！