工作人員展示一塊具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金屬雙極板。 記者 賴(lài)鑫琳 攝
2019年度上海市科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)頒發(fā)的三項(xiàng)特等獎(jiǎng)中，高校牽頭完成的有兩項(xiàng)，分別是上海交通大學(xué)牽頭完成的上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)項(xiàng)目“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(shù)”、華東師范大學(xué)牽頭完成的上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)項(xiàng)目“面向重大工業(yè)裝備核心控制軟件的安全可信保障技術(shù)及應(yīng)用”。
這兩個(gè)項(xiàng)目都在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域取得突破，為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國(guó)計(jì)民生領(lǐng)域的發(fā)展起到重要支撐作用。
“兩板三場(chǎng)”創(chuàng)新
雙極板是燃料電池的核心部件之一，上海交大科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)15年研發(fā)，與上汽集團(tuán)、新源動(dòng)力、上海治臻等企業(yè)合作研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金屬雙極板。這種采用“兩板三場(chǎng)”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的雙極板是國(guó)際首創(chuàng)，其性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。將它們串聯(lián)層疊組成的車(chē)用電堆，功率為115千瓦，處于國(guó)際“領(lǐng)跑”地位，實(shí)現(xiàn)了燃料電池汽車(chē)的全功率驅(qū)動(dòng)。
高校突破關(guān)鍵核心技術(shù)的秘訣是什么?項(xiàng)目第一完成人、上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院來(lái)新民教授認(rèn)為主要有兩點(diǎn)：基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新策源、與產(chǎn)業(yè)界合作的工程實(shí)踐。
日本、歐洲企業(yè)研制的金屬雙極板都采用“三板三場(chǎng)”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即用陽(yáng)極板、隔板、陰極板將氫氣場(chǎng)、氧氣場(chǎng)、冷卻液流場(chǎng)隔開(kāi)。能否簡(jiǎn)化這種結(jié)構(gòu)，去掉隔板，改為“兩板三場(chǎng)”?在研發(fā)早期階段，交大團(tuán)隊(duì)提出這一原創(chuàng)構(gòu)想。“三塊板的用料比較多，不僅增加成本，而且分量重，會(huì)影響燃料電池的功率密度。”來(lái)新民說(shuō)。
為實(shí)現(xiàn)“兩板三場(chǎng)”的構(gòu)想，交大團(tuán)隊(duì)開(kāi)展持續(xù)數(shù)年的基礎(chǔ)研究，提出“層越設(shè)計(jì)”等多個(gè)原創(chuàng)性理論，讓氫氣、氧氣等氣體從進(jìn)口公用管道進(jìn)入分配區(qū)后，能自行翻過(guò)流場(chǎng)，從而省去中間的隔板。經(jīng)過(guò)三代12款雙極板研發(fā)，“兩板三場(chǎng)”結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，已得到充分的工程驗(yàn)證。目前，滬研雙極板的厚度在1毫米以?xún)?nèi)，功率密度超過(guò)3千瓦/升，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
材料方面，交大的技術(shù)路徑也與眾不同。日本、歐洲企業(yè)用鈦合金取代傳統(tǒng)的石墨，而我國(guó)缺鈦，所以交大團(tuán)隊(duì)制定了“不銹鋼+復(fù)合涂層”方案。經(jīng)過(guò)多年摸索，他們發(fā)明了鈦、鉻、氮、碳等多元復(fù)合涂層，層數(shù)有二三十層之多，每一層的工藝各不相同。
在原創(chuàng)性研究的基礎(chǔ)上，交大團(tuán)隊(duì)從2009年起與上汽集團(tuán)、新源動(dòng)力合作，實(shí)施連續(xù)5期的燃料電池技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。2015年，國(guó)內(nèi)第一輛采用金屬雙極板的燃料電池轎車(chē)在上汽問(wèn)世。迄今為止，這個(gè)產(chǎn)學(xué)研合作團(tuán)隊(duì)已獲中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)37件，申請(qǐng)PCT(專(zhuān)利合作條約)專(zhuān)利5件，編制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng)。
打造工控軟件“淘寶”平臺(tái)
長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)大批設(shè)備依賴(lài)進(jìn)口，如何確保重要領(lǐng)域的工控軟件不是一個(gè)個(gè)“黑盒子”，沒(méi)有后門(mén)也沒(méi)有漏洞?
產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)即通用工具，就像讓不同行業(yè)的企業(yè)都能上淘寶購(gòu)物一樣，在網(wǎng)上獲得軟件服務(wù)。在市科委等部門(mén)支持下，作為支撐上?？苿?chuàng)中心建設(shè)“四梁八柱”的重要?jiǎng)?chuàng)新力量——上海工業(yè)控制系統(tǒng)安全創(chuàng)新功能型平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，成為本市首批推動(dòng)建設(shè)的18個(gè)研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺(tái)之一。這個(gè)平臺(tái)的骨干技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員，不少是來(lái)自華東師大軟件工程學(xué)院的教授。他們已開(kāi)發(fā)出系統(tǒng)化的自主可控軟件開(kāi)發(fā)工具鏈，覆蓋了重大工業(yè)裝備核心控制軟件開(kāi)發(fā)的全生命周期，為各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的工控安全保駕護(hù)航。近三年來(lái)，工具鏈產(chǎn)品銷(xiāo)售額達(dá)1.5億元。
如今，我國(guó)航空航天、軌道交通、電力控制等安全攸關(guān)領(lǐng)域，都有了中國(guó)人自主可控、高度可信的中樞神經(jīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，華東師大牽頭項(xiàng)目面向各行各業(yè)新增直接經(jīng)濟(jì)效益和利潤(rùn)累計(jì)超14.2億元，間接帶動(dòng)千億元產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)效益。(記者 俞陶然 徐瑞哲)
