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近日，陜西旭氫時(shí)代科技有限公司（簡稱“旭氫時(shí)代”）西北首條全自動(dòng)化氫燃料電池堆生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，該產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)2000臺(tái)套大功率氫燃料電池堆，另外，此次同時(shí)還有年產(chǎn)1000臺(tái)套氫燃料電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)，2條產(chǎn)線分別為年產(chǎn)2000臺(tái)套氫燃料電池電堆產(chǎn)線和年產(chǎn)1000臺(tái)套氫燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)線，此次投產(chǎn)填補(bǔ)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(shí)投用1個(gè)燃料電池共性測試平臺(tái)，由陜西旭強(qiáng)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(gè)以氫燃料電池為核心的產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目，也是中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)教授陶文銓團(tuán)隊(duì)在儲(chǔ)能領(lǐng)域開展產(chǎn)教融合結(jié)出的一個(gè)碩果，對(duì)助力打造以西安為中心的氫能裝備研發(fā)制造中心、引領(lǐng)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(lǐng)域，攻克卡脖子難題

在氫能產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，氫交通、氫儲(chǔ)能、氫工業(yè)的每一種場景的商業(yè)化都將推動(dòng)萬億級(jí)市場的遞進(jìn)增長，氫能交通是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)。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(diǎn)，聚力打造千億級(jí)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(chǔ)研發(fā)抑或成果轉(zhuǎn)化中，都有交大人的身影。

旭氫時(shí)代是全省首批氫能產(chǎn)業(yè)鏈主企業(yè)旭強(qiáng)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(dá)到99.999%的高標(biāo)準(zhǔn)，可以直接應(yīng)用于燃料電池。

西安交通大學(xué)陶文銓院士團(tuán)隊(duì)與旭氫時(shí)代達(dá)成產(chǎn)學(xué)研用戰(zhàn)略合作關(guān)系，依托國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)（中心），成立旭強(qiáng)瑞-西安交通大學(xué)氫能與低碳技術(shù)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(tuán)隊(duì)主要解決的是氫燃料電池自主設(shè)計(jì)平臺(tái)的問題。氫燃料電池的自主正向設(shè)計(jì)需要從其過程機(jī)理出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池結(jié)構(gòu)、材料選型、控制策略進(jìn)行全方位的評(píng)估和迭代優(yōu)化。在設(shè)計(jì)過程中，最重要的就是設(shè)計(jì)工具。現(xiàn)在國內(nèi)很多企業(yè)在設(shè)計(jì)平臺(tái)上嚴(yán)重依賴國外的商業(yè)軟件，存在安全隱患。

西安交通大學(xué)能動(dòng)學(xué)院助理教授何璞介紹氫燃料電池?cái)?shù)值仿真設(shè)計(jì)分析平臺(tái)。

西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院熱流科學(xué)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(jī)理不全面，因而，經(jīng)過商業(yè)軟件做出的氫能電池評(píng)估結(jié)果可信度有限。”為了解決這個(gè)問題，陶文銓院士團(tuán)隊(duì)經(jīng)過二十多年研發(fā)積累，從數(shù)值仿真的角度，構(gòu)建了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大功率氫燃料電池?cái)?shù)值仿真設(shè)計(jì)分析平臺(tái)。

2023年10月31日，西安交通大學(xué)張卓同學(xué)和尹仁杰同學(xué)在氫燃料電池實(shí)驗(yàn)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(gè)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(xué)李宇婷同學(xué)在氫燃料電池實(shí)驗(yàn)室組裝電堆。

膜電極是氫燃料電池的核心部件之一，是多項(xiàng)物質(zhì)傳輸和電化學(xué)反應(yīng)的核心場所，其制備技術(shù)不但直接影響電池性能，而且對(duì)降低電池成本、提高電池功率密度至關(guān)重要。制備氫燃料電池電堆需要突破密封、點(diǎn)膠、漏氣、性能等多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)。以膜電極為例，它的厚度不到一毫米，卻有7層結(jié)構(gòu)，里面包括催化層、擴(kuò)散層、質(zhì)子交換膜及邊框等。由西安交大和陜西旭氫時(shí)代自研自產(chǎn)的陜西首臺(tái)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(xué)郭浩博同學(xué)在氫燃料電池實(shí)驗(yàn)室噴涂催化劑。

氫燃料電池?cái)?shù)值仿真設(shè)計(jì)分析平臺(tái)就好比是一臺(tái)“心臟監(jiān)測儀”，平臺(tái)可以依據(jù)數(shù)值仿真技術(shù)，對(duì)氫燃料電池的結(jié)構(gòu)、材料選型、控制策略進(jìn)行檢測，研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以依據(jù)檢測結(jié)果改進(jìn)、優(yōu)化氫燃料電池各項(xiàng)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝。

西安交通大學(xué)氫燃料電池堆試制及數(shù)值仿真設(shè)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配置了試制中小功率電堆的基本設(shè)備，包括流場板精雕機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、膠形檢測機(jī)、氣密性檢測機(jī)、燃料電池裝堆機(jī)、多臺(tái)燃料電池測試系統(tǒng)及燃料電池冷啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，平臺(tái)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(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化能力。

在仿真工具的基礎(chǔ)上，陶文銓院士團(tuán)隊(duì)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(jìn)流場板技術(shù)，并結(jié)合燃料電池密封、裝配、檢測、評(píng)價(jià)工藝，實(shí)現(xiàn)了燃料電池從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的全流程控制，使燃料電池設(shè)計(jì)更具精確性、自主性、多樣性，免除了對(duì)國外商業(yè)軟件的依賴，實(shí)現(xiàn)了燃料電池關(guān)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(shè)計(jì)手段上的“卡脖子”問題。

服務(wù)氫能產(chǎn)業(yè)鏈，為“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)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(fù)雜度更高，商業(yè)化前景廣闊。在將氫能宏大的戰(zhàn)略價(jià)值轉(zhuǎn)化為商業(yè)價(jià)值的過程中，需要價(jià)值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)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(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈。西安交通大學(xué)國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)（中心）于2021年獲批成立，由何雅玲院士任平臺(tái)主任，陶文銓院士、何雅玲院士和管曉宏院士作為首席科學(xué)家，以實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用、儲(chǔ)能安全領(lǐng)域核心技術(shù)為目標(biāo)，搭建分層次、分階段的實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐和科研平臺(tái)，探索產(chǎn)學(xué)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(chǔ)能人才緊缺問題，為科研對(duì)接政產(chǎn)學(xué)提供新的范式，為推動(dòng)和加快國家及區(qū)域能源產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供技術(shù)和人才支撐。在氫能領(lǐng)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(xué)國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)（中心）的氫燃料電池?cái)?shù)值仿真設(shè)計(jì)分析平臺(tái)，西安交通大學(xué)陶文銓院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合旭氫時(shí)代共同研發(fā)的陜西首臺(tái)套自研自產(chǎn)的車用大功率氫燃料電池堆正式發(fā)布，實(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)的3D型流場板設(shè)計(jì)，該流場板具有低流阻、高均勻、強(qiáng)控水、性能穩(wěn)、壽命長、工作場景多樣化等優(yōu)點(diǎn)。電池電堆單堆功率最高可達(dá)82.3千瓦，體積功率密度達(dá)3.58千瓦每升，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

采用氫燃料電池的無人機(jī)

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(dòng)力，續(xù)航能力更強(qiáng)，而且零碳無污染。通過改進(jìn)技術(shù)，可以讓氫燃料電池產(chǎn)品成本迅速下降，目前可以達(dá)到1500塊錢一個(gè)千瓦的成本水平。我們今年想要實(shí)現(xiàn)單堆150千瓦的這樣一個(gè)產(chǎn)品的功率目標(biāo)。”

11月17日，旭氫時(shí)代西北首條全自動(dòng)化氫燃料電池堆生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。陜西旭氫時(shí)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(dá)到年產(chǎn)2000臺(tái)套的產(chǎn)能，整個(gè)產(chǎn)值可以達(dá)到4個(gè)億，滿足1000臺(tái)車的使用需求，在制氫、儲(chǔ)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(dòng)機(jī)的核心組成部分，氫燃料電池堆可應(yīng)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(yùn)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(yīng)用于分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)、應(yīng)急備用電源等多元消費(fèi)級(jí)和商用級(jí)領(lǐng)域，這與陜北能源供給中心和關(guān)中城市群之間的大量城際物流運(yùn)輸需求高度適配，陜西開展氫能交通物流運(yùn)輸具有良好的發(fā)展前景。

據(jù)了解，陜西聚力打造千億級(jí)氫能產(chǎn)業(yè)集群，高純氫產(chǎn)能目前已達(dá)8600噸/年，全省首臺(tái)電解水制氫設(shè)備成功下線；已有45輛氫燃料電池重卡投入試運(yùn)行；建成并投入試運(yùn)行加氫站達(dá)4座；燃料電池汽車產(chǎn)能達(dá)1000輛/年……陜西省氫能應(yīng)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(yùn)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(yùn)營，世界首個(gè)實(shí)用化和規(guī)�；�零碳智慧能源中��、由中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)教授管曉宏率領(lǐng)的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)工程團(tuán)隊(duì)提供系統(tǒng)技術(shù)的榆林科創(chuàng)新城零碳分布式智慧能源中心示范項(xiàng)目建成投用，由西安交通大學(xué)教授成永紅團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)的石墨烯界面納米閥技術(shù)，破解了氫能儲(chǔ)運(yùn)難題……陜西正用各種創(chuàng)新舉措挺進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)新賽道。

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

中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)教授何雅玲表示，旭氫時(shí)代氫燃料電池電堆系列產(chǎn)品是國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)（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(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)學(xué)研合作、人才培養(yǎng)等方面開展深度合作，促進(jìn)氫燃料電池相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化，助力企業(yè)發(fā)展。”

中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)教授陶文銓說：“科研要為國家服務(wù)，我們將依托秦創(chuàng)原總窗口和國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)（中心），以企業(yè)需求為導(dǎo)向，加大基礎(chǔ)研究投入，積極引導(dǎo)基礎(chǔ)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(shù)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(biāo)規(guī)劃，陜西氫能發(fā)展生態(tài)正逐步建立完善�？梢灶A(yù)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(jìn)一步打通前后端、上下游企業(yè)，而企業(yè)發(fā)展動(dòng)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(jìn)程中，交大人，一往無前！