實現(xiàn)氫燃料電池技術(shù)突破，助力浙江打造氫能科創(chuàng)高地丨博士創(chuàng)新站賦能地方產(chǎn)業(yè)躍升實踐⑩

編者按

為助力廣大中小企業(yè)突破“技術(shù)短缺、人才匱乏”的發(fā)展瓶頸，破解青年博士“成果轉(zhuǎn)化難、實踐平臺少”的成長困境，浙江省科協(xié)以博士創(chuàng)新站為載體，組建“青年博士+中小微企業(yè)+產(chǎn)學(xué)研平臺”的創(chuàng)新共同體。本欄目精選來自不同區(qū)域、不同行業(yè)、不同發(fā)展階段的博士創(chuàng)新站典型案例，以實踐案例為切口，生動展現(xiàn)這一模式如何精準(zhǔn)破解企業(yè)技術(shù)難題、有效釋放博士創(chuàng)新活力、切實推動產(chǎn)業(yè)升級和中小企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

概況

畔星科技（浙江）有限公司（以下簡稱“畔星科技”）面臨氫燃料電池開發(fā)技術(shù)瓶頸。童圣富博士協(xié)助企業(yè)開發(fā)出適配航空、儲能等多元場景的燃料電池產(chǎn)品，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷20余國，并牽頭制定“浙江制造”標(biāo)準(zhǔn)，推動氫能全產(chǎn)業(yè)鏈升級。

建站博士：童圣富博士

金華理工學(xué)院籌建辦（金華高等研究院）新能源材料研究所所長、第一黨支部書記，副研究員，金華市青年拔尖人才，中國化學(xué)會高級會員，金華市新材料學(xué)會副理事長兼秘書長，G60科創(chuàng)走廊俄羅斯院士創(chuàng)新基地首席專家，主要從事氫燃料電池、金屬離子電池、金屬空氣電池等能源轉(zhuǎn)化與存儲體系中的關(guān)鍵電化學(xué)、電極材料等相關(guān)領(lǐng)域的研究，統(tǒng)籌博士創(chuàng)新站整體工作，負(fù)責(zé)項目關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。童圣富博士迄今已主持完成或承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、省級各類項目以及金華市重大科技計劃項目等10余項，在國際頂尖刊物發(fā)表論文50余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利5件。

建站企業(yè)

畔星科技成立于2017年，是一家專業(yè)從事氫燃料電池技術(shù)研發(fā)及推廣應(yīng)用的國家高新技術(shù)企業(yè)。公司主要產(chǎn)品涵蓋氫燃料電池關(guān)鍵零部件、小功率空冷電堆、大功率金屬水冷電堆、多場景用氫燃料電池系統(tǒng)（包括車用級燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)、燃料電池備用電源系統(tǒng)、燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池小型應(yīng)用系統(tǒng)等）。

01

破局應(yīng)用單一化，

氫能多元化平臺加速建設(shè)

在全球能源結(jié)構(gòu)低碳轉(zhuǎn)型與“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動下，氫能作為清潔、高效的戰(zhàn)略能源，已成為我國能源革命的重要方向。近年來，政策端持續(xù)發(fā)力，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》明確提出構(gòu)建多元化氫能應(yīng)用生態(tài)，各地“氫走廊”建設(shè)加速推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速擴張。然而，當(dāng)前我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈仍面臨關(guān)鍵瓶頸——燃料電池應(yīng)用場景高度集中于商用車領(lǐng)域，乘用車、航空、儲能、工業(yè)等潛力市場滲透率不足。單一化的應(yīng)用導(dǎo)致技術(shù)迭代緩慢、成本居高不下，難以形成規(guī)模效應(yīng)。

燃料電池核心部件技術(shù)方面，金屬雙極板流道設(shè)計、耐腐蝕涂層等“卡脖子”問題長期制約電堆性能提升，進(jìn)一步限制了其在高溫、高濕、低溫等復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性。以備用電源、無人機動力系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)燃料電池因體積大、成本高、壽命短，難以滿足多元場景需求。與此同時，歐美日韓等國已在航空、船舶、分布式發(fā)電等領(lǐng)域加速布局，技術(shù)差距倒逼國內(nèi)產(chǎn)業(yè)亟須突破單一化桎梏。在此背景下，開展燃料電池多元化平臺搭載研究開發(fā)成為破局關(guān)鍵。

基于此，畔星科技聯(lián)合童圣富博士團隊，依托浙江省博士創(chuàng)新站平臺，啟動燃料電池多元化平臺搭載研究開發(fā)項目，旨在通過核心技術(shù)突破與多場景應(yīng)用拓展，推動氫燃料電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、商業(yè)化進(jìn)程。團隊通過優(yōu)化雙極板流場結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新膜電極材料體系、構(gòu)建低成本量產(chǎn)工藝，可大幅提升燃料電池的環(huán)境適應(yīng)性與經(jīng)濟性，推動其向航空動力、離網(wǎng)儲能、熱電聯(lián)產(chǎn)等高附加值場景延伸。此舉不僅能釋放萬億級市場潛力，更將加速氫能全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同升級，為我國在全球氫能競爭中搶占技術(shù)制高點提供核心支撐。

童圣富博士團隊入企指導(dǎo)

02

創(chuàng)新實踐，關(guān)鍵零部件實現(xiàn)突破性跨越

項目聚焦氫燃料電池核心部件——金屬雙極板及膜電極（MEA）的技術(shù)攻關(guān)開展研發(fā)工作。

雙極板作為燃料電池的“骨架”，承擔(dān)氣體分配、電流傳導(dǎo)、熱量管理等多重功能，其性能直接影響電堆效率與可靠性。傳統(tǒng)雙極板流道設(shè)計難以平衡氣體分布均勻性與壓降損耗，金屬雙極板成型易出現(xiàn)變形、開裂等問題，同時，金屬雙極板在酸性環(huán)境下易腐蝕，涂層易剝落，導(dǎo)致接觸電阻劇增、壽命縮短。

針對上述技術(shù)難題，項目團隊采用多物理場耦合仿真技術(shù)，建立流道結(jié)構(gòu)對電池內(nèi)流場、濃度場及電化學(xué)性能的關(guān)聯(lián)模型，優(yōu)化蛇形、交指型復(fù)合流道設(shè)計，使氣體分布均勻性提升30%，同時開發(fā)高精度沖壓-蝕刻復(fù)合工藝，通過調(diào)整成型壓力、模具間隙等參數(shù)，解決金屬板成型缺陷，良品率從70%提升至95%。涂層工藝方面，通過磁控濺射技術(shù)實現(xiàn)納米級CrN/TiN多層結(jié)構(gòu)沉積，耐腐蝕電位提升顯著。

膜電極（MEA）作為燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的核心組件，其成本占燃料電池的50%以上，而催化層由于采用貴金屬鉑（Pt）為原料，在膜電極成本中占比達(dá)到36%，因此，通過降低貴金屬使用量、提高貴金屬利用率、提升催化層穩(wěn)定性可有效降低膜電極成本。項目團隊圍繞催化劑的合成開展研究工作，最終成功研制出一款高性能低載量的無碳催化劑，在提升燃料電池催化劑效率的同時還滿足催化劑性能及使用壽命的需求，大大降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

通過上述項目成果，畔星科技聯(lián)合童圣富博士團隊開發(fā)適配了航空、儲能、熱電聯(lián)產(chǎn)的定制化燃料電池產(chǎn)品，彰顯了“氫能+”的無限潛力。目前，系列產(chǎn)品已出口至歐美、東南亞等20余國，成為國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品出口量最大的企業(yè)。

標(biāo)準(zhǔn)的制定，是“技術(shù)-產(chǎn)品-市場”鏈條的核心紐帶。2024年，由畔星科技聯(lián)合博士創(chuàng)新站童圣富博士團隊主導(dǎo)編制的《質(zhì)子交換膜燃料電池備用電源系統(tǒng)》“浙江制造”標(biāo)準(zhǔn)（T/ZZB 3881-2024）正式獲批發(fā)布，這不僅標(biāo)志著博士創(chuàng)新站的科研成果從實驗室邁向產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵一躍，更是將創(chuàng)新站的科研成果固化為可復(fù)制的技術(shù)規(guī)范，既提升了“浙江制造”的品牌競爭力，也加速了氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同升級。

標(biāo)準(zhǔn)起草討論會

03

展望未來，錨定氫能產(chǎn)業(yè)新高地

作為浙江省氫能技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的“先鋒軍”，畔星科技聯(lián)合童圣富博士團隊建立的博士創(chuàng)新站正以核心技術(shù)突破為支點，撬動全省氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)的建設(shè)。創(chuàng)新站圍繞“技術(shù)引領(lǐng)、場景深耕、生態(tài)共建”三大方向，計劃針對燃料電池極限性能優(yōu)化展開攻關(guān)，同時推動氫能向船舶動力、零碳煉鋼、社區(qū)供能等多元領(lǐng)域滲透，協(xié)助構(gòu)建長三角氫能物流走廊和民生減碳新模式。同時，依托“浙江制造”標(biāo)準(zhǔn)紐帶，創(chuàng)新站聯(lián)合高校共建檢測認(rèn)證中心，孵化專精特新企業(yè)，深化國際技術(shù)合作，打造長三角氫能創(chuàng)新共同體。

未來，創(chuàng)新站將以“產(chǎn)學(xué)研用”深度融合推動中國氫能產(chǎn)業(yè)從“跟跑”邁向“領(lǐng)跑”，為全球能源轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)“浙江方案”。

來源：省院士專家服務(wù)中心

責(zé)編：葉　揚

美編：陳路漫

一審：何百岳

二審：方佳佳

三審：王陸軍