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矢志不移勤耕耘 风劲扬帆续征程——记中科院大连化物所燃料电池技术发展之路(《中国科学报》2019-06-04)

  來源:《中國科學報》

  發布時間:2019-06-04

  ■袁秀忠 孙海 邵志刚

  燃料电池洁净、高效,被誉为“21世纪理想的发电技术”,在能源、交通等领域展示了广阔的应用前景。自上世纪60年代以来,中國科學院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)一直在燃料电池技术领域开展研发工作,是国内最早开展燃料电池技术研究的科研机构之一,也是国内在该领域科研力量最为雄厚的科研单位之一。50多年来,大连化物所面向国家战略需求,承担了国家、中科院和企业合作等重大科技项目,从最初的航天飞船主电源到面向陆、海、空、天的应用,大连化物所燃料电池研发团队矢志不移,走出了一条自主创新的燃料电池技术发展之路,对我国燃料电池发展发挥了引领作用。

  堅守創新

  開啓燃料電池發展之路

  上世紀50年代末,美國和蘇聯展開了以月球探測爲中心的空間競賽,掀起了第一次探月高潮,氫氧燃料電池技術成爲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,開啓了大連化物所燃料電池研究開發之路。

  1967年,大連化物所接到爲我國“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,並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,成爲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台堿性燃料電池,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,並于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。衣寶廉院士後來回憶說:“作爲研究人員要能坐冷板凳,我認爲燃料電池對國家有用,我們不應該不做,所以我就留下來了。”與他一起留下來的還有五六位同志。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。其後,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,所裏及時進行調整,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台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),成爲我國首家致力于燃料電池産業化的企業。2006年,上海汽車集團成爲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,開發出我國第一台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産業化和應用

  “十一五”開始,我國進一步推進燃料電池技術的示範應用,將燃料電池技術列爲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。

  在质子交换膜燃料电池技术创新和示范应用方面,大连化物所联合新源动力,在国家项目的支持下,成功开展了车用质子交换膜燃料电池技术在北京奥运会、上海世博会、2014年新能源汽车万里行等活动中的示范应用。邵志刚团队研发的新一代氢空燃料电池电堆比功率等达到了国际先进水平。2013年,习近平总书记视察大连时,大连化物所研发的新一代车用氢空燃料电池发动机参加了展示汇报。2016年,大连化物所牵头联合国内22家优势单位承担的燃料电池国家重点研发计划项目启动;2017年,搭载新源动力质子交换膜燃料电池电堆的上汽“大通V80客车”在国内率先实现了量产;2018年,新一代金属板质子交换膜燃料电池电堆通过專利技术实施许可,在安徽明天氢能公司建立了金属板质子交换膜燃料电池电堆自动化生产线。同时,邵志刚团队在质子交换膜燃料电池的其他应用领域中的工作也取得了重要进展,2012年实现了国内首架氢燃料电池无人机的成功试飞,2013年研制出国内首套60千瓦氢氧燃料电池工程样机,2016年实现了我国首架燃料电池有人驾驶飞机的成功试飞。

  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。“十一五”至“十二五”期間,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系列産品,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,爲發展我國潔淨能源新興産業、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年生于重庆市,高级工程师,大连化物所燃料电池研究部辦公室主任。

  孙海,1975年生于辽宁省,研究員、博士、博士生导师。现任大连化物所燃料电池研究部醇类燃料电池及复合电能源研究中心主任。

  邵志刚,1969年生于山西省,研究員、博士、博士生导师。现任大连化物所燃料电池研究部部长,中国能源研究会燃料电池专业委员会副主任委员。

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