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航空用小型化、轻量化高温质子交换膜燃料电池
科技成果综合评价报告详情
科技成果综合评价报告
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成果简介
氢新科技致力于高温质子交换膜燃料电池小型化技术与产业化,采用独有的高温金属双极板技术和国际先进的高温膜电极量产工艺,大幅提升高温质子交换膜燃料电池的比功率,满足运载工具、应急备用电源等移动领域应用要求。高温质子交换膜燃料电池可大幅降低对氢气纯度的要求,通过可应用非纯氢的燃料电池端技术变革带动低成本氢储运技术的发展,为低成本氢能储运技术发展提供一个新的思路,同时可承接甲醇或其他绿色液态燃料储运用路线。同时,高温质子交换膜燃料电池可大幅简化水热管理系统,结合绿色、低碳液态燃料的低成本储运和高效应用优势,可实现让燃料电池技术真正的低成本应用。
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创新水平
关键共性技术
前沿引领技术
现在工程技术
颠覆性技术
其他
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技术进度
新设备或新装置
样机原理
工程样机
中试原型机
产业化
新材料或新技术
实验室阶段
工程化阶段
产业化阶段
技术成果
专利
奖项
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产品方向
有多个应用方向
有一个应用方向
没有应用方向
无法判断
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市场空间
需求前景巨大
需求前景较大
需求前景一般
无法判断
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成本竞争
优势明显
优势一般
没有优势
无法判断
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政策影响
政策鼓励
政策限制
政策淘汰
无法判断
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市场周期
进入期
成长期
饱和期
衰退期
无法判断
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转化周期
近期可控(1年内)
周期较长(2年内)
很难转化(3年起)
无法判断
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科技成果的创新基因评价
1、高效的航空煤油或柴油重整器技术:可快速将航空煤油或柴油重整为富含氢气的气体,用于后端新型燃料电池,可实现常规燃料的静音、快速重整(航空煤油/柴油重整器流程图与说明详见补充材料):主要原理为采用多级催化重整技术,将航空煤油以纳秒级速度裂解为以氢气和二氧化碳为主体的复合气体。 2、高温质子交换膜燃料电池技术:通过高温质子交换膜燃料电池技术,可大幅提升燃料电池对于杂质气体的耐受性,实现航空煤油或柴油重整气体的直接应用,是该作品的另一个核心技术点。目前在国内与国际上,主流的燃料电池技术路线为低温质子交换膜燃料电池(LT-PEM)。低温质子交换膜燃料电池对氢气中的杂质气体极其敏感,致使氢在储运中也必须保持高纯度(>99.999%)才能用于低温质子交换膜燃料电池;严苛的纯度要求致使氢只能通过高压气氢或者超低温液氢储运,燃料供给的便捷性受到极大的限制。高温质子交换膜燃料电池通过底层技术体系的改变,能够让燃料电池运行在更高、更宽泛的温度区间(140-220℃),进而大幅度降低对氢气纯度的要求,拓宽了氢气来源的选择范围。高温质子交换膜燃料电池可直接应用通过航空煤油或柴油重整后的富氢气体,极大的提升了燃料供给的便捷性。 3、高温质子交换膜燃料电池技术小型化、轻量化技术:通过高温质子交换膜燃料电池核心器件创新,实现高温质子交换膜燃料电池小型化和轻量化,该产品采用国内独有的高温金属双极板技术,可使得高温质子交换膜燃料电池相对于传统技术小型化、轻量化三倍以上,是该技术可用于航空器上的最关键技术点;传统的高温质子交换膜燃料电池技术受到低质量和体积比功率的限制,无法有效应用在移动载具中,尤其是对质量与体积非常敏感的航空器领域。一方面,采用小型化、轻量化技术后的高温质子交换膜燃料电池提升了质量与体积比功率;另一方面,小型化技术对高温质子交换膜燃料电池电堆单堆功率提升极大。在国内,市面上已经成熟量产的传统高温质子交换膜燃料电池单堆功率最大在5kW,国际上最大的能够在15kW。采用金属双极板路线的下一代高温质子交换膜燃料电池电堆单堆功率目前最大能够达到数百千瓦,多堆配合可达到兆瓦级别,且能够不断提升。 4、独特的采用空冷的热管理技术:基本原理为采用小型空压机方式,将大量低温空气打到电堆独特设计的高背深的空气冷却流道内,给电堆进行快速、实时冷却和热管理。
不少于150字
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科技成果的技术亮点评价
该创意为燃料电池动力系统,主要包含3 个核心的技术点,分别是 1.航空煤油/柴油重整技术; 2.高温质子交换膜燃料电池及其小型化技术; 3.独特的航空用燃料电池空冷技术; 1、重整器将航空煤油/柴油以催化裂解形式变成富氢气体,并供给燃料电池。燃料在进入重整反应器前,高温蒸汽(480℃)、燃料和空气会进行预先混合,其主要的目的是将液态的航空煤油/柴油气化,在催化裂解过程中能够提高反应效率和反应速率。整个燃料催化裂解过程是一个放热反应,一般运行温度在800℃,反应中释放的热能可通过热转换装置进行二次利用,并用于产生所需的高温蒸汽。 2、高温质子交换膜燃料电池的小型化技术是该动力系统中最核心的关键技术,直接决定了该技术路径的可行性。燃料电池中主要有两个核心器件,分别是双极板和膜电极。膜电极是电化学反应发生的场所,决定了燃料电池的性能,被称为是燃料电池的“芯片”;双极板则是燃料电池的骨架,决定了燃料电池的体积与质量。传统的高温质子交换膜燃料电池只有石墨双极板技术路线,直接导致高温质子交换膜燃料电池电堆较低的质量和体积比功率。团队通过采用独特的金属双极板技术路线,以及高性能的量产型高温膜电极技术工艺,实现高温质子交换膜燃料电池的小型化技术,极大提升了高温质子交换膜燃料电池电堆的质量和体积比功率。经过小型化技术的高温质子交换膜燃料电池电堆,其质量和体积比功率已经达到了与现在主流的低温质子交换膜燃料电池的同期水平,真正意义上具备了在小、中、大型各类航空飞行器领域的应用价值。 3、在燃料电池工作过程中,除了发电之外,能量的另外一个主要去处为燃料电池电堆的产热,因此大功率航空用燃料电池系统的有效工作需要强大的热控技术支持。本创意,在采用高温质子交换膜燃料电池技术背景下,由于较高的工作温度,相对于传统的低温质子交换膜燃料电池技术除了在燃料端优势外,另外一个极大的优势就是高温度对于热控的大幅简化,该技术的热控复杂度相对于低温质子交换膜燃料电池可以简化三倍以上;同时,在电堆设计层面和热控技术选择上,该创意基于航空对于系统重量和冷却介质的敏感性特点,独特采用了大背深空冷流道技术和航空用空压机结合方案,可实现采用空气冷却的方式下大功率电堆热控要求。
不少于150字
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科技成果的应用市场评价
航空用小型化、轻量化高温质子交换膜燃料电池下一代新型的航空用发动机。燃料电池与航空发动机/内燃机从底层技术逻辑上极其相似,两者均为能量转换装置,内部不含有任何能量,能量来源均来自外部的燃料箱。因此,燃料电池具备与现有的航空发动机/内燃机相同的比能量,适用于长途重载的航空飞行器领域,被视为可完美替代现有航空发动机/内燃机的解决方案。在未来航空飞行器装备中,智能化与电动化将会是发展的重要路径之一。直接输出电能的小型化高温质子交换膜燃料电池技术能够更好的承接未来航空飞行器电动化与智能化平台的搭建。一方面,相比于航空发动机/内燃机技术,燃料电池技术不受卡诺循环的限制,对燃料的利用效率更高;另一方面,小型化技术的高温质子交换膜燃料电池能够在直接应用航空煤油/柴油重整后的富氢气体的同时,以远低于航空发动机/柴油发动机的噪声下运行,提升了飞行器在复杂环境下的生存能力。除了作为动力系统外,该燃料电池也可直接用于飞行器内部电源和备用电源。
不少于150字
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评价专家组综合意见
技术有一定创新,成果转化有应用前景
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