侯樹文 科技日報記者?王春

在上海治臻位于臨港新片區的沖壓生產車間，體型龐大的沖壓設備的下面，厚度只有0.1毫米的金屬板上被沖壓出一道道細密流道。這些流道深度在0.3毫米-0.5毫米之間，寬度在0.8-1.0毫米之間。記者了解到，氫燃料電池核心零部件金屬雙極板上的細密流場具有跨尺度特征，要求達到微米級的精度。為了保證每副金屬雙極板生產的精度和一致性，在上海治臻的生產車間，每一塊金屬板的擺放角度都要經過嚴格培訓。

??“高功率密度燃料電池薄型金屬雙極板及批量化精密制造技術”獲上海市技術發明獎特等獎 ?攝/睿寧

在氫燃料電池汽車中，電堆是氫氣和氧氣發生化學反應的場所，流道主要用于氣體的分配。“金屬雙極板流道中的氫氣在催化劑作用下發生電離反應，產生的氫離子透過兩片雙極板之間的膜電極，與另一塊極板上的氧氣反應成水，最終形成電流。”上海治臻新能源裝備有限公司總經理藍樹槐介紹到。5月19日，上海市科學技術獎頒發,該公司參與的“高功率密度燃料電池薄型金屬雙極板及批量化精密制造技術”獲上海市技術發明獎特等獎。

電堆是氫燃料電池整車制造的核心。“金屬雙極板是氫燃料電池關鍵組件之一”，該項目第一完成人上海交通大學來新民教授介紹，“功率為100kW的電堆需要400多片金屬雙極板和膜電極疊裝而成，其中雙極板占電堆體積的80%，承載氫、氧、水三場傳輸和導電功能。”

創新工藝實現燃料電池車全功率驅動

據了解，在氫燃料電池產業領域，與國際先進水平相比，我國在基礎材料、關鍵核心零部件等方面還有較大的差距。國內氫燃料電池領域，質子交換膜、催化劑、膜電極等關鍵零部件缺失，以及產業化高成本一直是套在這匹馬上的雙重枷鎖。其中質子交換膜被美國一家企業壟斷，該公司掌握了全球90%的市場。

根據我國2016年發布的“節能與新能源汽車技術路線圖”，2030年，中國氫燃料電池汽車的規模達到100萬輛。上海治臻建立了全套的金屬極板制造技術體系，打破國外壟斷，突破電堆核心部件自主化，為上汽乃至中國氫燃料電池技術躋身國際一流行業提供了關鍵支撐。

從2005年上海交大實驗室的基礎研究，到2010年世博會期間的工程化應用，再到2016年至今的產業化落地，金屬雙極板歷經十多年核心技術攻關。

與傳統的石墨極板相比，金屬雙極板在厚度、槽深偏差、壽命、產業化具有優勢，更加符合車用電堆高功率密度、大功率輸出、長壽命運行和低成本制造的要求。據了解，基于“兩板三場”的新結構，金屬極板厚度要比業界最薄的石墨板降低52%，比石墨極板電堆功率密度提升2.4倍，使得提高功率的同時，減少了電堆體積，實現電堆在轎車前艙的布置。

2019年世界新能源汽車大會上，“兩板三場”金屬雙極板燃料電池被評為代表新能源汽車方向的八項前沿技術之一。傳統的“三板三場”結構由陽極板、隔板、陰極板三層構成。而“兩板三場”結構則通過沖壓件的間隔支撐和錯層密封形成翻轉的流場，采用兩個沖壓件形成獨立聯通的氫、氧、水三個流場。

基于該結構，團隊發明氫、氧、水流場的新型分配形式，從第一代直道流道、到第二代叉分流道再到第三代導流島分配，通過板厚減薄和流場勻化，雙極板功率密度由2.4kW/L、2.75kW/L提高到3.3kW/L。

此外，該項目還創新多工序精密成形工藝，將流道深度精度提高了4倍，突破金屬雙極板電堆疊裝的接觸均勻性瓶頸，開發出首個400片115kW大功率車用電堆，實現氫燃料電池車的全功率驅動；發明不銹鋼雙極板耐蝕導電多元復合涂層，國內首次通過10000小時壽命考核，滿足10年使用壽命要求；

年產50萬片，占據國內主流市場

量產規模和自動化生產影響氫燃料電池產業成本，而上海治臻金屬雙極板量產規模已達到年產50萬片。沖壓、焊接、涂層、密封到最后的成品，每天1000多片的金屬極板在治臻新能源的生產線上產出。

在核心技術開發過程中，團隊的最大挑戰在于克服供應商配套加工能力不足。“比如前期研究中，基材厚度均勻性、模具的加工精度不能滿足要求，團隊就要通過流道構型和工藝設計等給予其更大的自由度。”藍樹槐表示。隨著主機廠市場需求增加，氫燃料電池金屬雙極板產業化進程加速，提高了國內產業鏈協同配套能力。

為了讓金屬雙極板達到批量化生產，技術團隊自主研發了30多套新的裝備。從單極板成形、雙極板振鏡掃描激光焊接、磁控濺射涂層等裝備，實現金屬雙極板多品種連續化制造，建成首條多品種金屬極板全工藝流程生產線，建立極板質量控制系統，是全國第一家通過IATF１６９４９質量認證的金屬雙極板生產線。

上海治臻首次實現了高性能高精度金屬雙極板從構型設計到全工藝鏈加工的一體化交付能力，其產品在上汽集團、長城汽車、新源動力、中船重工、武漢理工新能源、上海電氣等國內知名主機廠、電堆公司得到批量應用，占據國內氫燃料電池金屬雙極板市場90%以上。