工作人員展示一塊具有自主知識產(chǎn)權(quán)的金屬雙極板。 記者 賴鑫琳 攝
2019年度上海市科技獎勵大會頒發(fā)的三項特等獎中，高校牽頭完成的有兩項，分別是上海交通大學牽頭完成的上海市技術(shù)發(fā)明獎特等獎項目“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)”、華東師范大學牽頭完成的上海市科技進步獎特等獎項目“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)及應用”。
這兩個項目都在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域取得突破，為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國計民生領(lǐng)域的發(fā)展起到重要支撐作用。
“兩板三場”創(chuàng)新
雙極板是燃料電池的核心部件之一，上海交大科研團隊經(jīng)過15年研發(fā)，與上汽集團、新源動力、上海治臻等企業(yè)合作研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的金屬雙極板。這種采用“兩板三場”結(jié)構(gòu)設(shè)計的雙極板是國際首創(chuàng)，其性能指標達到國際先進水平。將它們串聯(lián)層疊組成的車用電堆，功率為115千瓦，處于國際“領(lǐng)跑”地位，實現(xiàn)了燃料電池汽車的全功率驅(qū)動。
高校突破關(guān)鍵核心技術(shù)的秘訣是什么?項目第一完成人、上海交大機械與動力工程學院來新民教授認為主要有兩點：基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新策源、與產(chǎn)業(yè)界合作的工程實踐。
日本、歐洲企業(yè)研制的金屬雙極板都采用“三板三場”結(jié)構(gòu)設(shè)計，即用陽極板、隔板、陰極板將氫氣場、氧氣場、冷卻液流場隔開。能否簡化這種結(jié)構(gòu)，去掉隔板，改為“兩板三場”?在研發(fā)早期階段，交大團隊提出這一原創(chuàng)構(gòu)想。“三塊板的用料比較多，不僅增加成本，而且分量重，會影響燃料電池的功率密度。”來新民說。
為實現(xiàn)“兩板三場”的構(gòu)想，交大團隊開展持續(xù)數(shù)年的基礎(chǔ)研究，提出“層越設(shè)計”等多個原創(chuàng)性理論，讓氫氣、氧氣等氣體從進口公用管道進入分配區(qū)后，能自行翻過流場，從而省去中間的隔板。經(jīng)過三代12款雙極板研發(fā)，“兩板三場”結(jié)構(gòu)不斷改進，已得到充分的工程驗證。目前，滬研雙極板的厚度在1毫米以內(nèi)，功率密度超過3千瓦/升，達到國際領(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，而我國缺鈦，所以交大團隊制定了“不銹鋼+復合涂層”方案。經(jīng)過多年摸索，他們發(fā)明了鈦、鉻、氮、碳等多元復合涂層，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，交大團隊從2009年起與上汽集團、新源動力合作，實施連續(xù)5期的燃料電池技術(shù)攻關(guān)項目。2015年，國內(nèi)第一輛采用金屬雙極板的燃料電池轎車在上汽問世。迄今為止，這個產(chǎn)學研合作團隊已獲中國發(fā)明專利授權(quán)37件，申請PCT(專利合作條約)專利5件，編制國家標準13項。
打造工控軟件“淘寶”平臺
長期以來，國內(nèi)大批設(shè)備依賴進口，如何確保重要領(lǐng)域的工控軟件不是一個個“黑盒子”，沒有后門也沒有漏洞?
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)都能上淘寶購物一樣，在網(wǎng)上獲得軟件服務(wù)。在市科委等部門支持下，作為支撐上?？苿?chuàng)中心建設(shè)“四梁八柱”的重要創(chuàng)新力量——上海工業(yè)控制系統(tǒng)安全創(chuàng)新功能型平臺應運而生，成為本市首批推動建設(shè)的18個研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺之一。這個平臺的骨干技術(shù)團隊成員，不少是來自華東師大軟件工程學院的教授。他們已開發(fā)出系統(tǒng)化的自主可控軟件開發(fā)工具鏈，覆蓋了重大工業(yè)裝備核心控制軟件開發(fā)的全生命周期，為各個行業(yè)領(lǐng)域的工控安全保駕護航。近三年來，工具鏈產(chǎn)品銷售額達1.5億元。
如今，我國航空航天、軌道交通、電力控制等安全攸關(guān)領(lǐng)域，都有了中國人自主可控、高度可信的中樞神經(jīng)。據(jù)統(tǒng)計，華東師大牽頭項目面向各行各業(yè)新增直接經(jīng)濟效益和利潤累計超14.2億元，間接帶動千億元產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)效益。(記者 俞陶然 徐瑞哲)
