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重磅 | 科技部发布2020年“可再生能源与氢能技术”国家重点研发计划项目申报指南

2020-03-25


科技部关于发布国家重点研发计划“制造基础技术与关键部件”等重点专项2020年度项目申报指南的通知

各省、自治区、直辖市及计划单列市科技厅(委、局),新疆生产建设兵团科技局,国务院各有关部门科技主管司局,各有关单位:

根据国务院印发的《关于深化中央财政科技计划(专项、基金等)管理改革的方案》(国发〔2014〕64号)的总体部署,按照国家重点研发计划组织管理的相关要求,现将“制造基础技术与关键部件”等重点专项2020年度项目申报指南予以公布。

其中,“可再生能源与氢能技术”重点专项共包括以下9项:

1、车用耐高温低湿质子膜及成膜聚合物批量制备技术。
2、碱性离子交换膜制备技术及应用。
3、扩散层用炭纸批量制备及技术应用。
4、车用燃料电池催化剂批量制备技术。
5、质子交换膜燃料电池极板专用基材开发。
6、车用燃料电池堆及空压机的材料与部件耐久性测试技术与规范。
7、公路运输用高压、大容量管束集装箱氢气储存技术。
8、液氢制取、储运与加注关键装备及安全性研究。

9、醇类重整制氢及冷热电联供的燃料电池系统集成技术。

注:除第2项为基础研究类、第8项为应用示范类,其余均为共性关键技术类

车用耐高温低湿质子膜及成膜聚合物批量制备技术

研究内容:针对车用氢燃料电池的要求,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,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;高交换容量全氟质子聚合物制备技术;全氟质子交换聚合物高纯单分散溶液制备技术;气体传递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,全氟质子膜在燃料电池中的应用。
考核指标:全氟质子聚合物离子交换容量(IEC)≥1.3 mmol/g,全氟质子交换聚合物分散粒径≤200 nm;全氟质子膜厚度≤18 μm、偏差≤±5%(采样面积≥300 cm2),离子电导率≥0.1 S/cm(95℃,60RH%)、0.04 S/cm(120℃,30%RH),电子电阻率>1000 Ωcm2, 渗氢电流≤2 mA/cm2,允许最高运行温度≥100℃,强度≥45 MPa, 纵横向溶胀率≤3%,OCV测试氟离子释放率≤0.7 μg/cm2/h、循环OCV次数≥90,产能≥20万 m2/年,成本≤500 元/m2,金属离子含量≤20 ppm。
碱性离子交换膜制备技术及应用
研究内容: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:碱性离子电导率≥0.04 S∙cm-1(25℃)和≥0.14 S∙cm-1(80℃),氢气透过率≤0.02 mL∙min-1∙cm-2,机械强度≥20 MPa,纵横向溶胀率≤10%,氢氧燃料电池工作1000 h膜材料无降解(80℃)、阳离子降解≤5%(1M NaOH中80℃下浸泡 5000 h),膜连续制备的幅宽≥0.2 m,厚度≤25 μm(偏差≤±2 μm);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/Nm3 H2;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≥150 mW/cm2@0.3V,常压,80℃。
扩散层用炭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,突破支撑层用炭纸及气体扩散层(GDL)批量制备技术与装备。具体包括:开发炭纸用炭纤维工程化工艺与装备,研发炭纸用改性粘合剂,开发炭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,开发出系列炭纸;研发炭纸复合微孔层(MPL)强化传输技术,开发可在线监测与反馈的 GDL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:炭纸可控厚度80~190 μm、偏差≤±1.5%(采样面积≥40 cm×40 cm),孔隙率≥75%,密度0.3 g∙cm-3~0.45 g∙cm-3,垂直向透气率≥2000 mL∙mm/(cm2∙h∙mmAq)、垂直向电阻率≤65 mΩ∙cm、平行向电阻率≤4 mΩ∙cm、接触电阻≤5 mΩ∙cm2,弯曲 强度≥10 MPa、弯曲模量≥10 GPa、拉伸强度≥25 MPa,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≤7 μm;GDL可 控厚度80~250 μm、偏差≤±1.5%,可控接触角≥145°。
车用燃料电池催化剂批量制备技术
研究内容:针对车用燃料电池催化剂对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百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 ≥ 0.35 A/mgPt@0.9 VIR-free,催化剂电化学活性面积≥60 m2/g,耐久性①0.6~0.95 V≥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②1.0~1.5 V≥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),并且催化剂在膜电极中性能衰减≤10 mV(在1 A/cm2,1 ppm CO/H2,24h);②硫化物导致的催化剂活性面积衰减≤30%(0.36 ppm H2S,24h),在膜电极中性能衰减≤30 mV(在1 A/cm2,0.004 ppm H2S,24h)。产能≥2000 g/批次、≥200 kg/年,粒径及性能偏差≤±8%,Cl-含量小于50 ppm wt,Fe含量小于50 ppm wt,量产成本≤(Pt现货价格·PGM wt%+100)元/g。批次样品可供第三 方在产线采集、评估,提供项目外客户应用证明。
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,及高强度与弹性、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50~150 μm、偏 差≤±4 μm,抗弯强度≥25 MPa,初始:接触电阻≤3 mΩ∙cm2@1.4 MPa(接触炭纸)、腐蚀电流≤5.00×10-7 A/cm2@80℃(0.5M 硫酸+5 ppm F-溶液),10000 小时工况后:接触电阻≤8 mΩ·cm2@1.4 MPa、腐蚀电流≤10.00×10-7 A/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≤0.075 mΩ·cm、钛合金≤ 0.17 mΩ·cm,成本:不锈钢≤25 元/kg,钛合金≤150 元/kg;超薄复合石墨板厚度≤1.4 mm、最薄处厚度0.1~0.3 mm,平面度≤10 μm,电导率≥150 S/cm,透气率≤2×10-8 cm3(cm2 ∙s)-1,工作压力≥1 bar(g),弯曲强度≥50 MPa,接触电阻≤10 mΩ∙cm2,短堆工作5000 h、性能降幅≤10%。
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、炭纸、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45~150 kW;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;建成的电磁兼容性测试平台,在燃料电池工作情况下:辐射发射测试能力达到18 GHz,辐射抗扰度能力在400 MHz至 3000 MHz范围内达到200 V/m。

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20 MPa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:储氢瓶公称工作压力≥50 MPa,单瓶水容积≥450 L,单瓶储氢密度≥5.5 wt%,循环寿命≥15000 次(水压充放循环试验压力10%(最大不超过3 MPa)~150%公称工作压力);管束集装箱储氢量≥1000 kg(符合道路运输法规要求),使用环境温度-40~60℃;形成相关储氢高压管束集装箱国家/行业产品标准送审稿。

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、液氢储运和液氢存储—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;液氢储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/天单套装备,仲氢含量(Para-hydrogen,体积分数)≥95%,氢气液化能耗≤13 kWh/kg,液氢纯度(摩尔分数)≥99.97%;储存用液氢储罐容积≥300 m³,液氢静态日蒸发率≤0.25%/天,维持时间≥30 天;运输用液氢槽罐≥40 m³,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≥500 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。
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热电联供系统技术;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≥30 Nm3/h、效率≥85%LHV,氢气中CO≤0.2 ppm、总硫≤4 ppb,冷态自启动时间≤30 min,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1 ppm),PM10以下大气气溶胶脱除率≥99%,无故障运行时间≥1500 h;冷热电联供的质子交换膜燃料电池系统额定发电功率≥30 kW,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≥3000 h;基于重整合成气为燃料的固体氧化物燃料电池热电联供系统额定发电功率≥30 kW、发电效率≥55%(DC,LHV),热电联供总效率≥85%,连续运行≥1000 h。


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