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科技部“可再生能源与氢能技术”2020年度项目申报指南征求意见

北极星氢能网 来源:北极星氢能网    2019/10/14 9:46:39 我要投稿

北极星氢能网讯:近日,国家科技部发布对“可再生能源与氢能技术”等5个重点专项2020年度项目申报指南建议征求意见的通知。涉及氢能部分为:

1.氢能
1.1 离子膜批量制备及应用技术

研究内容:针对车用燃料电池的要求,重点突破高温低 湿条件下应用的质子交换膜的产业化技术;结合酸性膜和碱 性膜的发展,创新双性膜等应用技术。具体包括:开发全氟 共聚功能单体合成及成套工程装备技术;高交换容量、低等 效重量全氟质子聚合物制备技术;全氟质子交换树脂高纯单 分散溶液制备技术;气体渗透和自由基作用机理研究;高机 械强度、高化学稳定性全氟质子交换膜连续制备技术与装备。研发高性能碱性聚电解质膜连续制备工艺,酸碱双性膜 及电解水制氢,高效电化学合成氨及分解氨反应系统,直接 氨燃料电池等应用技术。

考核指标:质子交换树脂离子交换容量(IEC)≥1.3 mmol/g, 等效重量(EW)≤730g/mol,质子交换树脂分散粒径≤200nm; 质 子 交 换 膜 厚 度 ≤18μm 、 偏 差 ≤±5% , 离 子 电 导 率 ≥0.1S/cm(95℃、60RH%)、0.04S/cm(120℃,30% RH),电子 电阻率>1000Ωcm2,渗氢电流≤2mA/cm2,允许最高运行温度 ≥100℃,强度≥45MPa,纵横向溶胀率≤3%,OCV 测试氟离 子释放率≤0.7μg/cm2/h(OCV 测试)、循环 OCV 次数≥90,产 能≥20 万 m2/年,成本≤500 元/m2,金属离子含量≤20ppm。 酸碱双性膜水电解单体模块产氢≥10 Nm3/h, 制氢纯度 ≥99.99%,电耗≤4.1 kWh/ Nm3H2;电解制氨法拉第效率>20%, 实现 kg 级系统集成;氨反向电化学分解效率>95%;直接氨 燃料电池≥135mW/cm2@500 mAcm-2,常压,80℃。
1.2 扩散层用碳纸批量制备及应用技术
研究内容:针对质子交换膜燃料电池批量、低成本需求, 突破扩散层(GDL)用碳纸及扩散介质(DM)批量制备技术与 装备。具体包括:开发碳纸用碳纤维工程化工艺与装备,研 发碳纸用改性粘合剂,开发碳纸石墨化工艺与装备,研发表 面疏水处理等后处理材料及工艺技术,根据“气-液-电-热”传 输与支撑性能要求、开发出系列碳纸;研发碳纸复合微孔层(MPL)强化传输技术,开发可在线监测与反馈的 DM 制备 工艺与装备;开展运行工况下相关可靠性及耐腐蚀性研究。 

考核指标:碳纸可控厚度 80~190μm、偏差≤±1.5%,孔 隙 率 ≥75% , 密 度 0.3~0.45g∙cm-3 , 垂 直 向 透 气 率 ≥2000mL∙mm/(cm2∙h∙mmAq)、电阻率≤65mΩ∙cm、弯曲强度 ≥10MPa,平行向电阻率≤4mΩ∙cm、接触电阻≤5 mΩ∙cm2、弯 曲模量≥10GPa,拉伸强度≥25MPa,导热系数(干态):垂直≥1.7 W/(m∙K)、平行≥21 W/(m∙K),产能 40 万 m2/年;MPL 中孔 径可控精度±10 nm,表面粗糙度≤7μm;DM 可控厚度 80~250 μm、偏差≤±1.5%, 可控接触角≥145o。 

1.3 车用燃料电池催化剂批量制备技术 

研究内容:针对车用燃料电池对催化剂耐久性和一致性 的技术要求,突破具备高动态工况耐受能力、兼具高性能/ 抗中毒特征的铂基催化剂及其公斤级批量制备技术。具体包括:研发氧还原活性提高技术,贵金属用量降低技术,高电 位循环耐久技术,抗氢气杂质(CO、含硫化合物)污染技术; 开发高一致性、低污染杂质含量催化剂工艺配方及批量化制 备技术,研发可规模化生产的催化剂纳米合成工艺,孔径分 布合理、催化剂易于高分散担载、成本低廉的先进功能载体 处理技术,以及催化剂工业化制备技术与装备。 

考核指标 : 催 化 剂 初 始 氧 还 原 质 量 比 活 性 ≥0.35A/mgPt@0.9VIR-free,催化剂电化学活性面积≥60m2/g,耐久性①0.6~0.95V ≥3 万次循环质量活性衰减率≤40%、电化 学活性面积衰减率≤40%,耐久性②1.0~1.5V ≥5000 次循环质 量活性衰减率≤40%、电化学活性面积衰减率≤40%,氢气杂 质耐受性①CO 导致的催化剂质量活性衰减≤30% (0.1M HClO4 1000 ppm CO/H2)、②硫化物导致的催化剂活性面积衰 减≤30% (0.36ppm H2S 24h),产能≥500g/批次、≥100kg/年, 粒径及性能偏差≤±8%,Cl-含量小于 50ppm wt., 量产成本 ≤(Pt 现货价格∙PGM wt%+100)元/g。 

1.4 质子交换膜燃料电池极板专用基材开发 

研究内容:针对质子交换膜燃料电池用极板的可加工性、 耐蚀性技术要求,研发具备特殊微结构、高耐蚀、低电阻专 用超薄基材及其批量制备工艺。具体包括:高耐蚀、低电阻、 易于精密成型的不锈钢和钛合金基材,与高强度与弹性、高 致密与导电性、超薄复合石墨极板,其成份设计、混合熔铸、 组织调控与前后处理技术,及其可连续工业级制备技术与装 置的研发;基材耐蚀、导电、可成形性综合性能评估;超薄 基材极板试制及寿命快速评估方法研究。 

考核指标:不锈钢与钛合金薄板基材厚度 50~150μm、 偏 差 ≤±4μm , 抗 弯 强 度 ≥25MPa , 初 始 : 接 触 电 阻 ≤3mΩ∙cm2@1.4MPa( 接 触 碳 纸 ) 、 腐 蚀 电 流 ≤5.00×10-7 A/cm2@80℃(0.5M 硫酸+5ppm F- 溶液),10000 小时工况后: 接 触 电 阻 ≤8mΩ·cm2@1.4MPa 、 腐 蚀 电 流 ≤10.00×10-7A/cm2@80℃,湿热循环测试后无腐蚀、无变形,产能≥1000 吨/年,延伸率:不锈钢≥55%、钛合金≥30%,体相电阻率: 不锈钢≤0.075mΩ·cm、钛合金≤0.17mΩ·cm,成本:不锈钢 ≤25 元/kg,钛合金≤ 150 元/kg;超薄复合石墨板厚度≤1.4mm、 最薄处厚度 0.1-0.3mm,平面度≤10μm,电导率≥150S/cm, 透气率≤2×10-8cm3(cm2∙s)-1 ,工作压力≥1bar(g),弯曲强度 ≥50MPa,接触电阻≤10mΩ∙cm2,短堆工作 5000h、性能降幅 ≤10%。

1.5 车用燃料电池堆及空压机的材料与部件耐久性测试 技术及规范 

研究内容:针对质子交换膜燃料电池的产业化过程质量 控制的需求,开展电堆关键材料及系统部件耐久性、电磁兼 容性测试技术及规范研究。具体包括:研究电堆运行过程中 的健康诊断方法,进行实际验证;研究电堆关键材料(催化 剂、膜、碳纸、极板基材、防腐涂层等)理化参数及核心部 件(膜电极、双极板、密封件等)特性参数的测量方法、等 效加速老化方法,建立关联数据库、并形成规范;研发燃料 电池系统用空压机关键性能、环境适应性、耐久性等加速测 试技术,形成寿命预测与验证方法;研发车用燃料电池系统 的电子控制单元离线电磁兼容辐射发射、传导发射、电磁场 抗扰度、瞬态抗扰度、静电放电等测试技术,形成规范方法。 

考核指标:车载电堆健康诊断装置对电堆氢渗检出率>90%;在 5000 小时测试的基础上,建立的性能与耐久性 评测方法、流程规范,包括:催化剂、质子膜、扩散介质、 膜电极、双极板、密封件及短堆,形成的特性/理化参数及其 测量方法集合≥10 类,基于工况衰变规律的寿命模型预测偏 差≤10%;空压机耐久性测试方法加速系数≥15、偏差≤3%, 研制的综合测试设备适应系统功率范围 45-150kW;建立电 磁兼容离线性能测试方法、流程规范,至少包括电子控制单 元(ECU)、节电压巡检(CVM)、空压机控制器;建成的电磁 兼容性能测试平台在燃料电池工作情况下、辐射发射测试能 力达到 18GHz,辐射抗扰度能力实现 400MHz 至 3000MHz 达到 200V/m。 

1.6 公路运输用高压、大容量管束集装箱氢气储存技术 

研究内容:针对国内现有 20MPa 管束车储氢量小、运输 成本高等问题,开展更高储存压力下的公路运输用大容量管 束集装箱氢气储存技术研究。具体包括:高长径比、高压储 氢瓶碳纤维缠绕设计与工艺;大容量内胆成型技术;使用工 况下高压储氢瓶的失效机理研究与测试技术;满足道路运输 法规要求的高压大容量管束集装箱体设计与集成技术;大容 量高压储氢瓶试验方法和标准研究。 

考核指标:储氢瓶工作压力≥50MPa(20℃),单瓶水容 积≥300L,单瓶储氢密度≥5.5wt%,循环寿命≥15000 次(水 压充放循环试验 15%~150%工作压力);管束集装箱储氢量≥1000kg(符合道路运输法规要求),使用环境温度-40~60℃; 形成相关高压管束集装箱标准送审稿。 

1.7 液氢制取、储运与加注关键装备及安全性研究 

研究内容:针对千辆级商用车集中运行对氢燃料制备、 输配及加注的需求,开展氢气液化工艺、液氢贮/运和液氢存 储-气氢加注站的相关研究。具体包括:高效正仲氢转化、液 氢温区高真空多层绝热技术研究;液氢贮罐和运输用液氢槽 罐的研制;大规模氢气液化工艺流程开发和优化;氢气液化 过程量化风险分析、安全防护、预警和应急分析;液氢加氢 站工艺流程开发及布局优化;气氢与液氢加氢站风险、安全 及经济性量化对比分析。 

考 核 指 标 : 液 化 能 力 ≥5 吨 单 套 装 备 , 仲 氢 含 量 (Para-hydrogen,体积分数)≥95%,氢气液化能耗≤13kWh/kg, 液氢纯度(摩尔分数)≥99.97%;储存用液氢储罐容积≥300m3, 液氢静态日蒸发率≤0.25%/天,维持时间≥30 天;运输用液氢 槽罐≥40m3,液氢静态日蒸发率≤0.73%/天,维持时间≥12 天, 真空寿命≥5 年;开发具备 35 MPa 和 70 MPa 加注能力液氢 储存气态加注站工艺包,站内液氢储量≥500 kg,峰值加氢能 力≥400 kg/天,氢气加注能耗≤2.50 kWh/kg-H2;完成两种氢 气储存类型加氢站的泄漏监测、安全运行和经济性评价示范 项目。

1.8 醇类重整制氢及冷热电联供的燃料电池系统集成技术

研究内容:针对高效、环保、长寿命分布式供能系统应 用需求,开展燃料电池冷-热-电联供系统的关键技术研发。 具体包括:用于分布式供能的醇类重整制氢系统技术;质子 交换膜燃料电池的空气在线净化技术;质子交换膜燃料电池 冷-热-电联供系统技术;固体氧化物燃料电池发电系统技术; 燃料电池冷-热-电联供系统模拟仿真、系统集成优化及能量 管控技术。 

考核指标:全自动甲醇重整制氢集成系统产氢能力 ≥30Nm3/h、效率≥85% LHV,氢气中 CO≤0.2ppm、总硫≤4ppb, 冷态自启动时间≤30min,动态负荷调节能力≥50%;空气在 线净化系统 SO2、NO2、VOC、甲醛、O3脱除率≥95%,NH3 脱除率≥80%(污染物基准浓度 1ppm),PM10 以下大气气溶 胶脱除率≥99%,无故障运行时间≥1500h;冷热电联供的质子 交换膜燃料电池系统额定发电功率≥30kW,发电效率≥50%, 70℃余热条件下、制冷效率≥40%,系统供电制冷效率≥70% LHV,连续运行≥3000h;基于重整合成气为燃料的固体氧化 物燃料电池发电系统额定发电功率≥30kW、发电效率≥55%, 连续运行≥1000h。

4.可再生能源耦合
4.1 可离网型风/光/氢燃料电池直流互联与稳定控制技术

研究内容:针对风能、太阳能与氢能多元耦合独立微网, 着重突破氢能支撑的可离网型风/光/储/氢燃料电池直流互联 系统安全、稳定、经济运行的关键技术。具体包括:氢能支 撑的可离网型风/光/储/氢燃料电池直流互联系统部件参数优 化匹配设计技术;规模高效制氢、储氢及燃料电池汽车供氢 技术;高效燃料电池发电技术;微网废热综合利用技术;复 合储能技术;直流微网变流技术,包括并网双向直流变换器、 储能双向直流变换器、光伏直流变换器、制氢直流变换器、 燃料电池直流变换器、风电交直流变换器;波动性发电与无 序快充、规模制氢动态负载下,直流微网功能安全、能量管 理、电压支撑及电压波动平抑技术。 

考核指标:形成离网技术示范平台:满足不少于 10 辆 氢能燃料汽车加氢、50 辆纯电动车直流快充需求,发电能力 ≥1.5MW,可离网连续运行≥168h(7 天),供热能力≥100kW, 制氢、供氢规模≥100kg/天;氢气纯度≥99.99%;储氢能力 ≥200kg;氢燃料电池≥150kW;热电综合利用效率≥80%;电 池储能≥1MW/500kWh;双向直流变换器-90%~90%电流响应 时间≤15ms;单向变换器 0~90%电流响应时间≤10ms;直流 微网电压纹波≤5%;微网监控与能量管理系统:可支持监测 点≥100 个,数据采集频率≥1Hz,控制指令响应时间≤100ms。

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