发展燃料电池，让未来出行更“氢而易举”(2)

　　据了解，焦魁团队自主开发的一整套仿真平台已经应用于潍柴动力、捷氢科技、新源动力、一汽集团、中汽数据有限公司、博世等10余家企业，推动了氢燃料电池技术进展。

　　以捷氢科技为例，捷氢科技推出了完全自主设计开发的燃料电池PROME M3H电堆，曾经的“卡脖子”技术——双极板和膜电极也实现了国产化。捷氢科技副总经理侯中军博士介绍，PROME M3H电堆各项指标均达到国际先进水平，额定功率130千瓦，电堆功率密度达3.8千瓦/升，可在-30℃的极寒环境下无辅助加热快速启动，电堆的最高工作温度可达95℃，耐热性能极佳。

　　“正是基于燃料电池仿真技术构建的正向开发设计流程，为我们的产品提供了坚实的技术保障。”侯中军表示，“我们与天津大学在燃料电池工程开发方面展开了长期的合作，而且未来会持续进行深入合作。”

　　此外，新源动力通过与天津大学合作开展燃料电池水热管理技术的研究，利用仿真技术为操作条件的筛选提供了有效的指导。公司成功自主研发大功率燃料电池，电堆功率密度也达到4.2千瓦/升，可在-40℃低温下无辅助启动。

　　目前，新源动力推出的车用燃料电池系统HYSYS-70、100和120系列产品都成功实现取消增湿器，减少了系统整体重量和体积，为功率密度的提升作出了可观的贡献。

　　剑指未来，燃料电池车将大展身手

　　从近20年来的发展历程来看，新一代燃料电池设计有赖于相关能源材料的开发与其内部过程的优化，而挑战则在于燃料电池内多尺度复杂结构与物理化学过程。

　　焦魁团队的文章创新性地指出，双极板和膜电极对未来功率密度提升的贡献度分别约为30%和70%，各部件需要协同优化才能实现目标。“一体化”和“有序化”是未来设计的两个重要方向：一方面，双极板进一步减薄会极大增加流动阻力，给反应气体供给和冷却液循环带来困难，因此流场和电极的一体化设计是一种趋势；另一方面，电极设计的有序化能够更好地组织传递过程，并降低生产过程中的不确定性，也是未来的发展方向。

　　焦魁认为，燃料电池发动机的战略意义在于其在氢能社会中扮演的重要角色，在于通过清洁能源的应用助力实现碳达峰、碳中和。

　　对燃料电池车产业而言，相关技术的发展将提升燃料电池车输出功率、降低发动机体积、降低催化剂成本、提升部件耐久性，对于燃料电池车续航里程增加、适用范围扩大、车辆成本降低、寿命增加都有着直接的促进作用。对于整个汽车产业而言，氢燃料电池发动机技术的发展为车用能源结构注入了新活力，与内燃机技术、锂电池技术相结合，有望共同完善能源利用体系。

　　“未来，燃料电池堆的功率密度与寿命将进一步提升，体积与成本进一步下降，并逐步在能源领域大展身手。”焦魁展望说，对汽车行业而言，燃料电池发动机在商用车领域将有更大的发挥空间，未来有望应用在更多的车型上；在乘用车方面，燃料电池车需要在成本上更具竞争力，研发新一代更为经济、适用性更强的车用电堆。

(责编：赵超、陈键)