冬日午后，一輛公交車(chē)載著(zhù)乘客從大興國際氫能示范區前駛過(guò)，車(chē)身上的“氫燃料電池客車(chē)”字樣格外醒目。
這輛氫能公交車(chē)，加滿(mǎn)一次氫只需要10多分鐘，續航里程達400公里。當前，氫能汽車(chē)動(dòng)力系統的關(guān)鍵零部件產(chǎn)品，正在大興國際氫能示范區源源不斷產(chǎn)出。北京市科委、中關(guān)村管委會(huì )表示，近年來(lái)，北京市持續圍繞氫能、儲能等領(lǐng)域推進(jìn)底層技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)裝備和核心部件研制及示范應用，促進(jìn)未來(lái)能源領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展。
氫燃料電池“芯片”性能突出
厚度只有頭發(fā)絲直徑十分之一的膜材料，是氫燃料電池的核心部件之一——質(zhì)子交換膜。它相當于氫燃料電池的“芯片”，氫氣經(jīng)催化分解為質(zhì)子和電子后，質(zhì)子穿過(guò)薄膜，電子則會(huì )繞行輸出電能。
“雖然這張膜已經(jīng)薄至12微米，實(shí)際內部又分為3層。兩層能傳導質(zhì)子的樹(shù)脂將超高強度聚四氟乙烯多孔膜夾在中間，這對生產(chǎn)技術(shù)要求很高。”清馳科技董事長(cháng)鄭虓用力拉扯薄膜，它雖輕薄但很強韌，輕易不會(huì )破裂。
位于大興國際氫能示范區的清馳科技生產(chǎn)線(xiàn)一塵不染。“我們常說(shuō)的PM10，就是空氣中直徑10微米的顆粒物，哪怕一個(gè)顆粒落下，都可能穿透這張薄膜，后續使用中就會(huì )導致氫氣串漏乃至電堆損壞。”鄭虓說(shuō)，目前，這張薄膜的關(guān)鍵原材料和核心生產(chǎn)工藝已在清馳團隊的努力下實(shí)現了全環(huán)節國產(chǎn)化，產(chǎn)品與國際領(lǐng)先的同類(lèi)產(chǎn)品性能相當甚至更優(yōu)。
在生產(chǎn)線(xiàn)上，厚度微米級的原料跨越40米的距離，完成從原料到產(chǎn)品的變身，目前生產(chǎn)線(xiàn)每年擁有15萬(wàn)平方米的生產(chǎn)能力。不過(guò)，鄭虓和同事并未滿(mǎn)足于此，他們又設定了新目標，通過(guò)研發(fā)持續優(yōu)化質(zhì)子交換膜的耐久性，進(jìn)而提升氫燃料電池重型卡車(chē)的性能和壽命。未來(lái)，這張膜還有望再“瘦身”，厚度減至8微米至10微米，應用到無(wú)人機等低空經(jīng)濟領(lǐng)域。
甲醇做燃料實(shí)現發(fā)電供熱
示范區內還生產(chǎn)了另外一張膜，它能耐受更高的溫度，工作溫度在120攝氏度至180攝氏度之間。“常見(jiàn)的低溫燃料電池工作溫度在80攝氏度以下，需要使用高純度氫作為燃料。”海得利茲董事長(cháng)相艷介紹，隨著(zhù)工作溫度升高，催化劑耐受一氧化碳及雜質(zhì)氣體的能力極大提升，這意味著(zhù)甲醇、天然氣等通過(guò)重整成為富氫氣體，即純度為70%左右的“粗氫”也能作為燃料，氫氣可以現制現用，避免了高純氫的儲存、運輸環(huán)節，用氫成本可降低三分之二以上。
這樣一來(lái)，在沒(méi)有市政供電、供暖的環(huán)境中，甲醇就可以讓高溫質(zhì)子交換膜燃料電池熱電聯(lián)供系統運行起來(lái)，既能發(fā)電又能供熱。近期，在北京城市副中心的臨時(shí)工地宿舍內，這套熱電聯(lián)供系統為施工人員帶來(lái)了充足電能和融融暖意。僅需一套體積相當于雙開(kāi)門(mén)冰箱大小的系統，就能滿(mǎn)足工地臨時(shí)建筑的冬季用電取熱需求。
大興龐各莊的西瓜育苗有了氫能助力，即使在寒冬臘月，大棚內也溫暖如春，為小苗提供溫暖的生長(cháng)環(huán)境。“預計明年，我們就能在市場(chǎng)上吃到有氫能助力的西瓜。它會(huì )不會(huì )更甜?我也想嘗嘗。”相艷笑著(zhù)說(shuō)。
氫能汽車(chē)已經(jīng)安全上路
目前，氫燃料電池的主要應用場(chǎng)景之一是重型卡車(chē)、冷藏車(chē)等遠距離、大載重運輸場(chǎng)景。加氫高峰時(shí)段，一輛輛氫能卡車(chē)在大興海珀爾加氫站門(mén)口排隊等候。
越來(lái)越多的氫能汽車(chē)就行駛在我們身邊。氫能汽車(chē)動(dòng)力系統關(guān)鍵核心部件，正在示范區內逐一突破。
“現在，我們的質(zhì)子交換膜已經(jīng)在一些重卡車(chē)輛上應用，這些車(chē)輛已投入正常運營(yíng)，大家日常在路上就有機會(huì )見(jiàn)到。”鄭虓自豪地說(shuō)，一輛49噸的氫能重卡動(dòng)力系統內，就要應用近25平方米的質(zhì)子交換膜材料。目前，這些車(chē)輛的平均行駛里程達到2萬(wàn)至3萬(wàn)公里，車(chē)輛狀態(tài)良好。
大興國際氫能示范區的建設與氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展同步邁進(jìn)。目前，示范區北區起步區已建成投運，為從事氫能相關(guān)研究的高精尖企業(yè)提供測試、廠(chǎng)房、辦公空間等服務(wù);南區一期、二期建設完畢，地上建筑規模約4.7萬(wàn)平方米，今年下半年逐步交付客戶(hù)，三期國家氫燃料電池汽車(chē)質(zhì)量檢驗檢測中心計劃于2025年上半年建成投用。(記者 劉蘇雅)
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