【所属领域】

能源环保

【痛点问题】

传统柴油发电电源存在环境适应性差、发电效率低、噪声大，用能方式单一，保障性差，运输困难。当面临瞬息万变的复杂环境，以及越来越精密化、多样化任务时，特别在高寒、高温、高湿度、高盐分的作业环境下，传统电力系统将难以担负重任。新形势下对电力系统、动力系统提出了高环境适应性、长续航力、高比功率、高隐身性的发展需求。

【解决方案】

燃料电池是一种清洁高效的发电技术，其优势主要体现在：

①具有高功率密度和高能量密度，电池堆质量功率密度和体积功率密度均大于锂电、铅电；

②电池的反应产物为水，没有黑烟和有毒气体排放，是理想的清洁可靠能源供给源；

③噪音相对于柴油发电机小，一般小于60 dB或更低，远低于柴油发动机的100 dB；

④燃料电池发电本质为电化学过程，没有燃烧等剧烈放热反应，具有较强隐蔽性。

燃料电池动力系统将有着更广的作业范围、更高的效率、更优越的隐身性、更强的控制力及灵活性。

基于新形势下的新需求，团队开发以下四项主要成果：

①以燃料电池为核心动力的无人水面船舶系统：针对燃料电池无人船的轻重量、高续航、长寿命需求，开展长续航燃料电池无人水面船舶系统研究；

②氢空燃料电池携行保障电源：针对携行保障电源的轻量化、长续航、多地域需求，重点开展可适应高寒环境的高功率密度氢空燃料电池技术研究；

③燃料电池应急电源系统：针对备用电源系统的高环境适应性需求，开发适用于高寒、高温、高湿度、高盐分的燃料电池应急电源系统；

④燃料电池无人车：针对交通运载工具动力系统清洁化、低碳化需求，开发燃料电池观光车。

主要技术要点包括：

①开发高比功率燃料电池电堆减轻动力系统重量；

②探究燃料电池衰减机制并提出稳定化运行策略以解决长时间运行带来的性能衰减问题，大幅度提升无人船的长期连续性工作能力；为满足巡航动力需求提供技术支撑；

③采用高燃料利用率船用燃料电池动力系统设计和智能匹配技术提升能量利用效率增强续航；

④通过高比功率电堆的优化设计与保障电源一体化设计，提高系统的电效率及功率密度；

⑤通过研究氢空燃料电池高寒环境下的传热传质协同强化技术，突破高寒环境下氢空燃料电池启动困难的问题，提高氢空燃料电池高寒环境适应性，实现基于氢空燃料电池系统的电源在-40℃环境下长期存储与快速启动。

图1 成果展示

【技术指标】

表1 主要成果技术指标表

【竞争优势】

传统柴油动力系统存在环境适应性差、能源转换率低、体积大、重量重、噪声大，保障性差，携行困难，储能锂电池存在环境适应性差、充电时间长、寿命短等问题，燃料电池是一种清洁高效的发电技术，具有高功率密度和能量密度、高环境适应性、无排放、低红外等特点。

我国的燃料电池动力系统研究起步晚，商业化进程较落后，从事小型化燃料电池发电系统主要是国家科研机构、高等院校和企业。中科院大连化物所为代表的科研机构在2005年5月，与韩国三星电子，南孚电池集团公司分别联合开发了小型燃料电池系统，功率从几百瓦至上千瓦不等。氢燃料电池技术由于其比燃油发电机、蓄电池以及锂电池等具有更高的单位体积及单位质量功率密度、发电过程污染排放少、噪音低而备受特种作业环境的青睐。燃料电池作为应急充电装置的便携式电源，具有燃料补给灵活和持续工作时间长等优点。

【技术成熟度】

已有样品/样机。

【产业化应用】

燃料电池若能解决目前存在的电堆成本较高、系统启动时间较长和环境适应性差等问题，巨大的商业应用前景带来的经济效益将不可估量，有望成为下一个推动能源发展的领军者。

应用案例

四川省甘孜藏族自治州康定市地势高峻，海拔4000米以上，自然环境恶劣，气候寒冷，光照短缺，这些因素给康定的经济发展和民生的改善带来不便和挑战。而作为高原行动的保障，应急电源的使用在保障康定地区生产生活中也起到了至关重要的作用。应急电源必须具备强大的动力性能，尤其是在海拔较高时，低氧环境的下，要能保障稳定运行。为此，在设计这种应急电源时，充分考虑到海拔高和氧气稀薄这两个特殊条件，以更好的适应高原地势。燃料电池应急电源应用于高海拔的康定地区，它实现了在外界停电或无法用常规电力获得电源的情况下，及时提供电力供应的功能，从而为现场微型电网等高科技产品的使用打下了基础。

应用前景

燃料电池动力系统凭借高环境适应性、长续航、高比能、环境友好等优势，在军事工业、3C产品、电动交通工具、航天工业等领域都会有很好的应用。

知识产权

该成果已申请/授权多项中国发明专利。

合作方式

专利许可、专利转让、作价入股、技术开发、面谈等。

【联系方式】

CG25005