科创中国
燃料电池膜增湿器
发布时间: 2026-03-06
基本信息
合作方式：
作价入股
成果类型：
发明专利,实用新型专利,外观设计
行业领域：
新能源及节能技术
成果介绍
本成果围绕氢燃料电池用增湿膜及增湿器展开关键技术开发与产业化应用，联合下游龙头企业上海重塑，成功实现了增湿膜材料的自主设计与规模化制备。针对燃料电池系统对进气湿度的严苛要求，开发出基于金属氧化物改性的高性能增湿膜，突破了传统增湿膜在高温、高湿、高气流冲击工况下易老化、易失效的技术瓶颈。研究团队创新性地引入毛细冷凝传质机制，结合梯度海绵孔结构调控，显著提升了膜的水蒸气传输效率与选择性。通过在聚醚砜（PES）基膜中引入TiO₂纳米粒子，并借助嵌段共聚物F127实现其均匀分散与稳定锚定，成功制备出兼具高亲水性、高机械强度和优异热稳定性的改性增湿膜。该膜在95℃高温下长期储存2000小时后性能稳定，拉伸强度≥7.55 MPa，接触角降至40°，增湿效率优于国外同类产品。在增湿器层面，完成了从结构设计、流场仿真、密封选型到工艺验证的全流程开发，建成了一条年产10000台增湿器的生产线，并通过IATF16949质量体系认证。产品适配130kW电堆，经过OTS、PPAP认可，已实现批量交付。近三年累计销售收入超2700万元，客户验证近20家，产品在氢能重卡等场景中运行良好，无故障里程超20万公里。
成果亮点
1、创新传质机制：首次将毛细冷凝效应引入增湿膜设计，耦合溶解扩散机制，显著提升水蒸气在微孔中的传输效率，突破传统膜的“渗透性-选择性”博弈瓶颈。
2、梯度海绵孔结构调控：通过精准调控聚合物与致孔剂配比、空气浴环境及水洗工艺，成功构筑具有外表面大孔、内表面小孔的梯度海绵孔结构，优化膜的传质路径与稳定性。
3、金属氧化物改性技术：借鉴金属材料强化理论，采用TiO₂纳米粒子与F127嵌段共聚物协同改性，解决无机-有机界面相容性问题，提升膜的热稳定性、机械强度和亲水性，耐久性能提升显著。
4、高性能增湿器集成开发：从材料到器件实现全流程贯通，完成结构仿真、流场优化、密封设计等系统集成，开发出低成本、长寿命的增湿器产品，经2000小时耐久测试，增湿效率仍达35%@150g/s。
5、成果获2025年度有色金属工业科学技术奖二等奖。
团队介绍
项目团队拥有成员20余人，其中拥有博士、硕士学历10余人，大多是国内985/211高校毕业，90后占比70%，具有膜分离、化学、高分子、机械设计、电气机电等专业人员。近几年，项目负责人所领导的团队聚焦燃料电池膜增湿器的研制与产业化，开展了增湿膜结构构筑-增湿器组件设计-增湿器工艺优化集成-增湿器批量试制的全链条贯通式研究。团队有多名膜行业专业人员，发表了SCI论文30余篇，中文核心期刊论文5篇，其中关于膜材料裁剪设计、膜结构调变机制、膜传质过程强化机制及膜组件结构设计等方面的工作发表于Nature Sustainability、Nature Communications、Chemical Society Reviews、Journal of Materials Chemistry A和Journal of Membrane Science等国际著名材料、能源或工程类期刊，在行业内有重要影响力。
成果资料
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