上海交大、华东师大牵头完成项目获市科学技术奖特等奖
http://www.huaue.com  2020年5月22日  来源:上海交通大学

  2019年度上海市科技奖励大会颁发的三项特等奖中,本市高校牵头完成的有两项,分别是上海交通大学牵头完成的上海市技术发明奖特等奖项目“高功率密度燃料电池薄型金属双极板及批量化精密制造技术”、华东师范大学牵头完成的上海市科技进步奖特等奖项目“面向重大工业装备核心控制软件的安全可信保障技术及应用”。这两个项目都在关键核心技术领域取得突破,为高技术产业和国计民生领域的发展起到重要支撑作用。

  “两板三场”创新

  双极板是燃料电池的核心部件之一,上海交大科研团队经过15年研发,与上汽集团、新源动力、上海治臻等企业合作研制出具有自主知识产权的金属双极板。这种采用“两板三场”结构设计的双极板是国际首创,其性能指标达到国际先进水平。将它们串联层叠组成的车用电堆,功率为115千瓦,处于国际“领跑”地位,实现了燃料电池汽车的全功率驱动。

  高校突破关键核心技术的秘诀是什么?项目第一完成人、上海交大机械与动力工程学院来新民教授认为主要有两点:基础研究的创新策源、与产业界合作的工程实践。

  日本、欧洲企业研制的金属双极板都采用“三板三场”结构设计,即用阳极板、隔板、阴极板将氢气场、氧气场、冷却液流场隔开。能否简化这种结构,去掉隔板,改为“两板三场”?在研发早期阶段,交大团队提出这一原创构想。“三块板的用料比较多,不仅增加成本,而且分量重,会影响燃料电池的功率密度。”来新民说。

  为实现“两板三场”的构想,上海交大团队开展持续数年的基础研究,提出“层越设计”等多个原创性理论,让氢气、氧气等气体从进口公用管道进入分配区后,能自行翻过流场,从而省去中间的隔板。经过三代12款双极板研发,“两板三场”结构不断改进,已得到充分的工程验证。目前,沪研双极板的厚度在1毫米以内,功率密度超过3千瓦/升,达到国际领先水平。

  材料方面,上海交大的技术路径也与众不同。日本、欧洲企业用钛合金取代传统的石墨,而我国缺钛,所以交大团队制定了“不锈钢+复合涂层”方案。经过多年摸索,他们发明了钛、铬、氮、碳等多元复合涂层,层数有二三十层之多,每一层的工艺各不相同。

  在原创性研究的基础上,交大团队从2009年起与上汽集团、新源动力合作,实施连续5期的燃料电池技术攻关项目。2015年,国内第一辆采用金属双极板的燃料电池轿车在上汽问世。迄今为止,这个产学研合作团队已获中国发明专利授权37件,申请PCT(专利合作条约)专利5件,编制国家标准13项。

  打造工控软件“淘宝”平台

  长期以来,国内大批设备依赖进口,如何确保重要领域的工控软件不是一个个“黑盒子”,没有后门也没有漏洞?

  产业共性技术即通用工具,就像让不同行业的企业都能上淘宝购物一样,在网上获得软件服务。在市科委等部门支持下,作为支撑上海科创中心建设“四梁八柱”的重要创新力量——上海工业控制系统安全创新功能型平台应运而生,成为本市首批推动建设的18个研发与转化功能型平台之一。这个平台的骨干技术团队成员,不少是来自华东师大软件工程学院的教授。他们已开发出系统化的自主可控软件开发工具链,覆盖了重大工业装备核心控制软件开发的全生命周期,为各个行业领域的工控安全保驾护航。近三年来,工具链产品销售额达1.5亿元。

  如今,我国航空航天、轨道交通、电力控制等安全攸关领域,都有了中国人自主可控、高度可信的中枢神经。据统计,华东师大牵头项目面向各行各业新增直接经济效益和利润累计超14.2亿元,间接带动千亿元产值的产业效益。
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