矢志不移勤耕耘 風勁揚帆續征程——記中科院大連化物所燃料電池技術發展之路(《中國科學報》2019-06-04)

  來源:《中國科學報》

  發布時間:2019-06-04

  ■袁秀忠 孫海 邵志剛

  燃料電池潔凈、高效,被譽為“21世紀理想的發電技術”,在能源、交通等領域展示了廣闊的應用前景。自上世紀60年代以來,中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱大連化物所)一直在燃料電池技術領域開展研發工作,是國內最早開展燃料電池技術研究的科研機構之一,也是國內在該領域科研力量最為雄厚的科研單位之一。50多年來,大連化物所面向國家戰略需求,承擔了國家、中科院和企業合作等重大科技項目,從最初的航天飛船主電源到面向陸、海、空、天的應用,大連化物所燃料電池研發團隊矢志不移,走出了一條自主創新的燃料電池技術發展之路,對我國燃料電池發展發揮了引領作用。

  堅守創新

  開啟燃料電池發展之路

  上世紀50年代末,美國和蘇聯展開了以月球探測為中心的空間競賽,掀起了第一次探月高潮,氫氧燃料電池技術成為航天電源研發的熱點。上世紀60年代中期,針對我國航天飛船的能源需求,大連化物所開始進行堿性燃料電池的研究工作,朱葆琳、袁權、衣寶廉等在國內首次研制成功兩型氫氧燃料電池樣機,形成了100多人的研究團隊,開啟了大連化物所燃料電池研究開發之路。

  1967年,大連化物所接到為我國“曙光一號”主宇宙飛船研究主能源氫氧燃料電池的任務,當時研究生畢業留所工作的衣寶廉正好有機會參與其中,并從此與燃料電池研究結下了不解之緣。

  1969年,衣寶廉承擔起航天飛船主電源燃料電池的研究工作,成為當時最年輕的研究題目組負責人。1970—1978年,衣寶廉與朱葆琳、袁權等帶領團隊從無到有、艱苦攻關,自主設計制造出我國第一臺堿性燃料電池,獲得了國防科工委科技進步獎。在研制航天氫氧燃料電池的同時,大連化物所還承擔了大功率、堿循環的水下用燃料電池的研制任務,并于1975—1976年組裝出20千瓦的燃料電池本體。

  1978年,由于國家重大項目調整,燃料電池項目被中斷暫停,100多人的研究團隊也隨之解散,而衣寶廉卻堅定地看好燃料電池的發展前景,毅然留下來繼續研究,這一留就是幾十年。衣寶廉院士后來回憶說:“作為研究人員要能坐冷板凳,我認為燃料電池對國家有用,我們不應該不做,所以我就留下來了?!庇胨黃鵒糲呂吹幕褂形辶煌?。從1978年到1988年的十年間,衣寶廉煞費苦心找經費、找項目、找支持,他的努力不僅讓燃料電池的研究得以持續,同時還培養和儲備了一大批優秀的科研人才。

  上世紀90年代初,全球各地重新掀起了燃料電池的研發熱潮,我國也開始大力支持燃料電池的研發。其后,大連化物所開始了熔融碳酸鹽、固體氧化物燃料電池等的研發。經過20多年的堅守與創新,大連化物所奠定了全面發展燃料電池技術的堅實基礎。

  勇擔重任

  引領我國燃料電池技術發展

  上世紀90年代末,我國將車用燃料電池技術和燃料電池汽車列入重大研究計劃,大連化物所牽頭承擔了多項重大研究任務。1998年12月,考慮到燃料電池工作發展的需要,所里及時進行調整,成立了燃料電池研究室(對外稱燃料電池工程中心)。從此,衣寶廉、張華民、明平文等帶領團隊在“九五”“十五”期間承擔了科技部、中科院部署的燃料電池重大項目,圍繞燃料電池技術發展取得了可喜的研究成果。

  1997年,大連化物所質子交換膜燃料電池技術研發得到了科技部“九五”攻關項目、中科院“九五”重大項目的資助,經過幾年攻關,成功組裝了30千瓦質子交換膜燃料電池組。2001年,采用大連化物所燃料電池系統的我國首臺燃料電池中巴車在湖北十堰成功完成行車試驗,引起了國內企業界的高度關注。在此基礎上,大連化物所聯合5家企業發起設立了“大連新源動力股份有限公司”(以下簡稱新源動力),成為我國首家致力于燃料電池產業化的企業。2006年,上海汽車集團成為新源動力第一大股東,加快了燃料電池技術在車用領域的研發和應用進程。

  “十五”期間,大連化物所承擔了“863”電動汽車重大專項“燃料電池發動機”項目和中科院知識創新工程重大項目“大功率質子交換膜燃料電池發動機及氫源技術”等重大項目,與新源動力、中科院電工研究所、中科院沈陽自動化研究所、中科院上海微系統與信息技術研究所及浙江大學、清華大學等單位合作,開發出我國第一臺100千瓦燃料電池城市客車,提高了我國燃料電池技術在國際上的地位和影響。

  持續創新

  推進燃料電池技術的產業化和應用

  “十一五”開始,我國進一步推進燃料電池技術的示范應用,將燃料電池技術列為科技創新的重要發展方向。大連化物所連續承擔了“863”“973”、國家重點研發計劃等國家重大項目。

  在質子交換膜燃料電池技術創新和示范應用方面,大連化物所聯合新源動力,在國家項目的支持下,成功開展了車用質子交換膜燃料電池技術在北京奧運會、上海世博會、2014年新能源汽車萬里行等活動中的示范應用。邵志剛團隊研發的新一代氫空燃料電池電堆比功率等達到了國際先進水平。2013年,習近平總書記視察大連時,大連化物所研發的新一代車用氫空燃料電池發動機參加了展示匯報。2016年,大連化物所牽頭聯合國內22家優勢單位承擔的燃料電池國家重點研發計劃項目啟動;2017年,搭載新源動力質子交換膜燃料電池電堆的上汽“大通V80客車”在國內率先實現了量產;2018年,新一代金屬板質子交換膜燃料電池電堆通過專利技術實施許可,在安徽明天氫能公司建立了金屬板質子交換膜燃料電池電堆自動化生產線。同時,邵志剛團隊在質子交換膜燃料電池的其他應用領域中的工作也取得了重要進展,2012年實現了國內首架氫燃料電池無人機的成功試飛,2013年研制出國內首套60千瓦氫氧燃料電池工程樣機,2016年實現了我國首架燃料電池有人駕駛飛機的成功試飛。

  直接醇類燃料電池是大連化物所在燃料電池研究方面的又一重要方向?!笆晃濉敝痢笆濉逼詡?,孫公權團隊在民用技術取得突破的基礎上,研制了國內首套25W、50W、200W系列產品,實現了工程應用,填補了我國高比能移動電源的空白。同時,醇類燃料電池研究組在金屬燃料電池方面也實現了鎂空、鋅空、鋁空等燃料電池技術的工程應用。近年來,研究團隊在推進直接甲醇燃料電池技術轉化和應用的同時,還拓展了高溫甲醇燃料電池、廣譜燃料電池等重要研究方向,承擔了多項國家和中科院重大任務,為發展我國潔凈能源新興產業、滿足國家重大需求奠定了新的技術和發展基礎。

  作者簡介:

  袁秀忠,1967年生于重慶市,高級工程師,大連化物所燃料電池研究部辦公室主任。

  孫海,1975年生于遼寧省,研究員、博士、博士生導師。現任大連化物所燃料電池研究部醇類燃料電池及復合電能源研究中心主任。

  邵志剛,1969年生于山西省,研究員、博士、博士生導師。現任大連化物所燃料電池研究部部長,中國能源研究會燃料電池專業委員會副主任委員。

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