2021年12月10日，宁波中科（kē）科创新能源科技有限公司通过了由宁（níng）波市科学技术局、宁波市财政（zhèng）局、国家税务总局宁波市税务局组织的国家高新技术企业认定，并荣获国家“高新技术企业”称号。此次中科科创新能（néng）源荣获国家高新技术企业认定，既（jì）是国家、各级政府对中科科创新能源（yuán）科研能力和整体技术水平的认可，也是对中科科（kē）创新能源的（de）一种鞭策和鼓励。未来，中科科创新能源将砥砺前行，通过更注（zhù）重（chóng）科研投入、人才队（duì）伍培养来（lái）构筑更完（wán）善的技（jì）术创新体系。在充分发（fā）挥高新技术企业的优势和模（mó）范带头作用的同时，提高企业核心竞争力、加强企业创（chuàng）新发展动力，为企业的可持续（xù）发展提供强（qiáng）有力的技术支（zhī）持。

        从我们团队的角度来（lái）看（kàn），我们也围绕这三（sān）个问题进行了长期的研发，工作也与上海交通大学相结合。    针对刚才提出的三个（gè）问题，我们发明了一些解决方案：一（yī）是具有超低传质阻力的新型低铂（bó）合金膜电极；二是新型耐腐蚀铂合金燃料电池催化剂及其批量制备技术；三是疏水梯度分布的非均质膜电极分层制备技术。    我们还建成（chéng）了（le）＊＊＊＊条低铂合（hé）金膜电极生产线，2020年（nián）制造了26万片（piàn）膜电极。    从更底层的技术来（lái）看，简单地说，为什么燃料电池使用（yòng）超低铂会带来问题，主要有两个问题，一个是电催化动（dòng）力学和传质（zhì）动力学不能满足要求。    例如，它的铂载量下降到0.当05mg/m2时，电极中传质的阻（zǔ）力达到整个催化层（céng）传质（zhì）阻力的77%，传质阻力的增加直接影响电压的下降。    直观地说，铂载量（liàng）从0开始（shǐ）.4毫克/平方厘米.当05毫克/平方厘米时，其传质阻力增加70%以上，其解决方案是（shì）离子结构（gòu）和（hé）电极与极板（bǎn）之间的（de）适应性（xìng）。因此，燃料（liào）电池走出低铂（bó）化的关键点是加强对流，提高传质阻力，降（jiàng）低传质阻力，或提高排水能力。    我谈到了第一代、第二代和第三代催化剂。第一代是纯铂，第二代是合（hé）金颗粒，第三代是核壳结构颗粒。第三代可以说将铂的用量降到了＊＊。如果我们想提高它的活性，减少它的用量，我们只能在第（dì）三代的基础上继续提高（gāo）单个铂原子的活（huó）性。这（zhè）是我刚才提出的（de）＊终目标，至1克/千瓦。如果能（néng）实现，燃料电池的大规模应用就能实现。    对于第一代（dài）来说，第二代已经实现了工业化，第三代仍在发展中。这是我们开发过程中的（de）一些（xiē）数据。与第（dì）一代相比，第（dì）三代燃料电池催化剂的质（zhì）量和活性从0开始.13提高到1.45、增加十倍以上，应能满足燃料汽车的要求。    同时，我们的颗粒的均匀性也很（hěn）好，因为它需要提高活性和稳定性。稳定性的一个（gè）来源是催化剂（jì）颗粒的大小是一致的。只（zhī）有一致，它的整个衰减才会减弱，因为每个颗粒都长得（dé）差（chà）不多，所以衰（shuāi）减不会有问题。    除了（le）燃料电池（chí）催化剂的活性，如何改善其表面积，一是活性，二是原子单层，另一个大问题，＊近发（fā）现，在电极中，质（zhì）子传导（dǎo）也是一个很（hěn）大的问题，简单地说，电极内的质子传导是膜（mó）内电子传导电（diàn）率的十分之一。    对于这个问题（tí），我们也（yě）开发了很长一（yī）段时间，优化它，以支持低铂和超低铂的应用。我们（men）将颗粒（lì）与电极中质子膜的导电问（wèn）题（tí）结合起（qǐ）来，制成一个不对称的电极，可以提高其耐久性，而不影响其性能。    目前，我们（men）可以在一批中制（zhì）作500克催化剂，制作膜电极（jí）车辆（liàng）工况下稳定运行（háng）8000多小时（shí），预测寿命超过1万小时。    本项目完成了汽（qì）车燃料电池低铂合金膜电极微观传质、电荷传递和（hé）材料衰减（jiǎn）的（de）理论突破。形成高功率密度、长寿命运行，适应（yīng）工况运行（háng）。    去年，我们获得了中国机械工业联合会组织的评估。我们拥有独立的知识产权，开发了一种新型的低铂膜电极，达到了国际先进水平，是单位燃料电池电堆功率的国际＊＊技术指标。    我们也得到了国内外同行的高度评价，这是学术界的一些同行。    除制（zhì）氢电解（jiě）槽，膜电极外，我院还有一家（jiā）合作公司，也在进行流场设计（jì），完全正向开（kāi）发。如何实现上游、中（zhōng）游、下游的（de）水平衡和热平（píng）衡，增强脊下对流，改善气体传质。从电堆的角度来看，我们（men）有电堆的开发能力。目前，有两种电堆，一种是75千瓦，另一种是（shì）150千瓦。    这是我们实验（yàn）室的材料，从（cóng）单电池到短电堆到长电堆的系统测试和开发（fā）能力。    对于未来，刚才提到燃料（liào）电池可（kě）以实现3600万辆汽（qì）车的生产，小（xiǎo）于1克/100千瓦，这＊＊是大规模的。我们还（hái）需要做以下事情，即新型催（cuī）化剂、新型离聚物、强化传质（zhì）和耐腐蚀金属极（jí）板，这是（shì）未（wèi）来需要关注的（de）领（lǐng）域。    燃料电池的工业化已（yǐ）经进入了商业化的进口期。我（wǒ）们需要更加努力地工作（zuò），从追赶到运行，＊终＊＊。这需要制氢电解槽，膜电（diàn）极板、电堆匹（pǐ）配设计和同步开发，这是燃料电池未来发展的方向。

       事实上，目前燃料电池＊大的问题是（shì）其成本。从2020年到2021年，成（chéng）本是指大规模（mó）生产的成本。事实上，与（yǔ）长期的大规（guī）模工业化仍然存在差（chà）距（jù）。＊后，在接近（jìn）内燃机水平之前，需要达到30美元/千瓦的水平。然而（ér），降低成本的路径（jìng）也非常清晰（xī），包括需要降低成本的关键材料和关键部（bù）件，如燃料电池催化剂（jì）、质子膜、碳纸（zhǐ）、双极板（bǎn）、极流板和冷（lěng）却器。    成本下降的＊大预期是催化（huà）剂和（hé）膜（mó）电极，因为对于整（zhěng）个反应堆，燃料电池催化（huà）剂和膜电极可以（yǐ）占成本的70%以上，这是目前难以降低成本的＊大原因。因此，催化剂和膜（mó）电极成本的下降是未来燃料电池＊大的瓶颈。    为什么？在未来生产许多（duō）集合时（shí），每个人都可能不认为催化剂是一个问题。有些人甚至告诉我，催化剂占整个反应堆的成本不（bú）是很高。例如，在生（shēng）产1000套时，它只有20%到30%，但（dàn）如果产量增加（jiā），例如50万或100万套，催（cuī）化剂的单一成本（běn）超过40%进入反应堆，加上（shàng）膜电极组件、质子膜和包装，可以达到60%以上的成本。因此，降低催化剂（jì）和膜电极的成本是燃料电池未来发展的关键技术。    对于燃料电池催化（huà）剂来说，＊大的问题是它含有（yǒu）贵金（jīn）属铂，这（zhè）就是我们（men）通常所说（shuō）的铂。因此，未来（lái）必须使用（yòng）低铂，或超低铂催化剂，甚至未来的（de）非（fēi）铂催化剂，以满足未来的使用要求和成本要求。同时，当使用超低铂时，您还需要提高其膜电极性能和使用寿命。    2000年，它是1克/千瓦时的铂催化剂，一辆汽车燃料电（diàn）池的发动（dòng）机功率假设为100千瓦，大约需要110克，到2008年是0.6-0.8克/千瓦，2020年左右降至00.2克/千瓦，未来能降到0.1克/千瓦，目前还不确定，也是行业共同努力的目标。    从（cóng）技术路径来看，＊早在2000年左右，当时是纯铂颗粒，直径（jìng）可达3-4纳米，甚至2-3纳米；2008年，铂合金技术开始（shǐ）在国际上（shàng）使用（yòng），可（kě）以使铂的使用量翻倍。制氢电解槽（cáo）    今天，铂（bó）催化剂仍在使用，＊高可达0.2克/千瓦，已经到了极点。走下去的路是什（shí）么（me）？这是今（jīn）天燃（rán）料电（diàn）池发展遇到的＊大技术障碍，因为（wéi）如果你不降低成本，它的成本很难与内燃（rán）机甚至今天的锂电池相比。当前水平为0.2-0.3克/千瓦，长（zhǎng）期（qī）目标（biāo）应小于0.1克/千瓦。    这里（lǐ）有一个简单的计算。例如，我们的全球铂年产量约为180吨。如果将其中20%作为燃（rán）料电池催化剂使用，对铂市场的影（yǐng）响可能不会太大，因为一旦这样做，内燃机汽车三元催化剂中的铂可以转移到燃料电池中。    比（bǐ）如用第一代技术，铂碳催化剂，100千瓦燃料电池（chí）发（fā）动机需要50克（kè）铂，也就是说你可以生产72万辆汽车，如果是第二代技术，也就是今（jīn）天国际上使用的更多的合金技术，如果20克/100千瓦，就可以生产180万辆汽车。制氢电解槽    如果我们使用第三代技术，这是我们一直（zhí）在开发的技术。原子单层催化剂可以生产（chǎn）720万辆汽车，只需要5克/100千瓦，应该（gāi）称之为批量生产。＊终能否实现1克/100千瓦，如果能实现，可以生产3600万（wàn）辆汽车。    你可能会想（xiǎng），铂的减少带来了什么问（wèn）题？这也是从技术角度解剖其低成本。用于汽车的低铂有什么问题？对（duì）于汽车应（yīng）用来说，如果铂（bó）的载（zǎi）荷下（xià）降，问题就会出现。首先，很难满（mǎn）足高（gāo）功率输出；二（èr）是不能（néng）实现长寿命运行（háng），二是不能适应复杂的工作条（tiáo）件。    原因有很多，但（dàn）＊重要的矛盾是大电流区的性能急剧恶（è）化；二是加速催化剂衰减；第（dì）三，在零增湿（shī）/低湿条件下，离子电阻显（xiǎn）著增加。制氢电解槽

        第十三届中国汽车蓝皮书论坛于6月（yuè）10日至12日在（zài）合肥举行。致远学院常务副（fù）院长（zhǎng）张俊良出席会议并发表演讲。    张俊良说，目前燃（rán）料电（diàn）池＊大的问题之（zhī）一是其成本，成本是指批量（liàng）生产的成本。事实上，与长期的大（dà）规模工业化还有一点差距。＊后，接（jiē）近内（nèi）燃机的水平需要达到30美元/千瓦。然而，降低成本的（de）路径也非常清（qīng）晰，包（bāo）括燃料电池催化剂（jì）、质子（zǐ）膜、碳纸、双极板、极（jí）流板和冷却器等关键材（cái）料和关键部件（jiàn）。    他指出，成本下降（jiàng）的（de）＊大（dà）预期是燃料电池催化剂和膜电极，因为催化剂膜电极可以占整个电堆成（chéng）本的（de）七成以上，这是（shì）目前成本难以（yǐ）下降的＊大原因。因此，他强调，催化剂和膜电极的成（chéng）本是未来燃料（liào）电池＊大的瓶颈。    他（tā）说，目前催化剂占整个电堆的成（chéng）本（běn）不是很高。比（bǐ）如生产1000套的（de）时候，只有20%到30%。但（dàn）是，如果产量增加，比如（rú）五十万套或者一百万套，单个催化（huà）剂成本在电堆中的四成以（yǐ）上，加上膜电极（jí）组件、质子膜和包装，可以达到六成以上。因此，降低催化剂和膜电极成（chéng）本是（shì）燃料电（diàn）池未来发展的关键技术。    以下是（shì）演讲实录    下午（wǔ）好，尊敬（jìng）各位嘉宾，媒体朋友！    我很高兴有机会在（zài）这里做报告，和你交流。非常感谢贾可博士和钱先生（shēng）的邀请。这是我第二次（cì）参加这次会议。    我今天的报告题目是“低铂燃料电池（chí）的技术挑战和应（yīng）对策略”。    首先，我们来介绍一下我们的研究所。上海交通大学燃料电池研究所（suǒ）成立于1998年，也是国内首家在（zài）高校成立的专业燃料电池研究机构。讲座教授1人，教授2人，副教授（shòu）15余人。我们的（de）研究领（lǐng）域包（bāo）括质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、锂电池和储能电池。我们的研究80%或90%集中在质（zhì）交膜燃料电池上。    研（yán）究所具（jù）有燃料（liào）电池催化剂、膜电（diàn）极、电堆（duī）、系统特征、测试、开发和（hé）集成的能力。例如，我（wǒ）们有无尘实验室和各种催化（huà）剂分析仪器（qì）。制氢电解槽    对于燃料电池来说，今天这里有很（hěn）多专家。事实上，这是（shì）氢能行业的中心环节。从上（shàng）游制氢到中游储氢（qīng）燃料电池技术和产品水平，决于我们的燃料电池技（jì）术和产品水平。在燃料电池中，质子（zǐ）交换膜燃料电池是＊活跃的，因为它（tā）具有明显的优（yōu）势，即可用于汽车和广泛的工况变化。    燃料电池的主要优点是效率（lǜ）高。与内燃机相（xiàng）比，它是绿色无污染的，也被认为是＊＊能（néng）源（yuán）解决方案。它的效率超过60%，负载响应非常快，能量密度非（fēi）常高。    ＊近，我们注意到燃（rán）料电池汽车充氢5分（fèn）钟，可以跑1000多公里。其（qí）关键材料，特别是电堆、质子膜、碳纸、催化剂、双极板等。    从电堆到系统，刚才提到有膜电极组件、极板（bǎn）、流场、端板等辅助部件。制氢电解槽    这实际上与我（wǒ）们通常看到的（de）内燃机非常相似，也是一个（gè）开放的系统。与（yǔ）上（shàng）述锂电（diàn）池＊大的区别是，锂电池是一个封闭的（de）系统，而燃（rán）料电池是一个开放的系（xì）统，这导致了（le）许多关键问（wèn）题和矛盾。燃料电池系统相对复杂，技术障碍相对较高（gāo）。    对于燃（rán）料电池，任何工程系统都是一样的。为了开发出（chū）高质量、高科技的燃料电（diàn）池电（diàn）堆系统，必须收（shōu）集所有的元素、材料和部（bù）件进行工程优化。    例如（rú），您需要注意催化剂来减少其电化学（xué）膜化，也需要注意对流场（chǎng）设计和欧姆极化，这＊终将反映电堆（duī）组装和电堆性能（néng）。从燃料电池开发的角度来看，它是整个（gè）链和整个系统的集（jí）成。    在国（guó）际上，燃料电池的（de）使用寿命应（yīng）该已经达到了汽车的耐久性，这（zhè）是美国UTC公司发布（bù）的（de）公交系统燃料电池可达3万小时（shí），因此燃料电池的使用（yòng）寿命越来越高，应能满足汽车的使用要求。制氢电解槽（cáo）

        甲醇作为（wéi）燃料电池的（de）能量，比氢能更容易储存和转（zhuǎn）移。甲（jiǎ）醇燃料电池可广泛应用于移动电子（zǐ）设备中。众所周知，非贵金属（PGM-free）单原子（zǐ）（M-N-C）氧还原催（cuī）化剂质子交换膜燃料电池（PEMFC）其优点是催（cuī）化剂成本大大降低（dī）。PGM-free单原子氧还原催化剂＊大的优点是选择性高，甲醇耐受性优越，减少了传统（tǒng）阴极贵金（jīn）属催化剂（jì）甲醇膜渗透的交（jiāo）叉反应，为未来高浓度甲醇获得高功（gōng）率密度的甲醇（chún）燃（rán）料电池提供了相当大的应用前景。    ＊近，纽约州立大学布法罗分校（xiào）（SUNY-UB）武刚教授团队与德克萨斯大学奥斯汀分校刘教授、俄勒（lè）冈州立大学冯振兴教授合作Energy&EnvironmentalScience报告称，非贵金属单（dān）原子催化剂在甲醇燃（rán）料电池性（xìng）能测试方面取得了突破（1）。纽约州立大学（xué）布法罗博士后石秋荣、何杨华博士生、德克萨斯大学奥斯汀博士生白晓万是共同的第一作者。    1.PGM-freeM-N-C燃料电池催化剂在甲醇（chún）燃料电池中的应用（yòng）。    本文的第一个亮点是从实验和理论计算的角度研（yán）究PGM-free甲醇耐受性机制是单原（yuán）子（zǐ）氧还原催化剂。    M-N-C以及N-C甲醇（chún）耐受性试验表征。    燃料电池催化剂，催化剂是在含有不同浓度甲醇溶液的酸性介质中测试的SCV比较曲线(2)M-N-C(M=Fe,Co,Mn)以及非金属N-C催化剂的甲醇耐受性和（hé）甲醇对不同活性（xìng）位点的吸（xī）附性。实验可以（yǐ）得（dé）出(1)2M催化剂中甲醇浓度ORR性能的影响可以忽略不计；(2)甲（jiǎ）醇的添加不影响ORR四电子（zǐ）反应过程（chéng）；(3)相对于MNx甲醇更倾向于吸附吡啶氮活性（xìng）位点；(4)甲醇在M-N-C催化剂的（de）吸附涉及电化学过程，而不是简单的物理或静电吸附；（5）随着（zhe）甲醇浓度的（de）增加，溶（róng）液（yè）的溶解氧量和氧分子（zǐ）的运（yùn）动率有一（yī）定的影响ORR活性。    3.DFT甲醇在无（wú）电压和不同施加电压下吸附计算的活性（xìng）位点。    此外，理论计算也是（shì）第一次通过施（shī）加电压来计算不同活性位点在不同电压下对甲醇的吸附能（néng）。如3所示，计算结果表明（1）与吡啶氮相比，CoNx以及（jí）MnNx，FeNx活性位点显示甲醇耐受性＊高；(2)MNx施加电压（yā）改变了（le）金属3d电子轨道与甲醇分子（zǐ）中（zhōng）氧原子电子轨道的杂（zá）化会随着（zhe）应用电压的（de）增加而增加吸附能力，吡啶氮与甲醇分子中氧原子相距较远，没有电子轨道杂化，因此电压变化（huà）对吸附能力没有显著变（biàn）化（huà）。M-N-C未来将研究催（cuī）化剂中活性位点甲醇吸附的机理PGM-freeM-N-C酒精燃料电池中催化剂的应用研究具有（yǒu）指导意义。    4.先掺杂Co后吸附Fe合成Fe/Co-N-C示意。制氢电解槽    本文的第二个亮点是M-N-C材料设计。与传统的双金属掺杂不同，本文采用分步掺（chān）杂和（hé）吸附的（de）方法合成，利用金属（shǔ）间的（de）协同效应（yīng）提高催化剂的性能Fe/Co-N-C双金属催化剂优化催化剂的孔径，提高催化剂的传（chuán）质效果(4所示)。Co第二步是掺杂ZIF-去除8中（zhōng）锌，调节孔径，改善传质，促进（jìn）Fe吸附对增（zēng）加（jiā）活性位（wèi）点（diǎn）起着关键作（zuò）用。BET也证明了表征Co掺杂能有效提高中孔密度，达到提（tí）高传质的效果。EELS分析(5)和XANES也证明（míng）了表征FeN4以及CoN4形成活（huó）性位点。    5.HAADF-STEM-EELS分析。    第三个亮点是氢-空气燃料电（diàn）池性能突破。团队首先使用旋转圆盘电极（RRDE）对材料的催化性能(6)进行测试和质子交换膜（mó）燃料电池评估。第（dì）一步是（shì）优化掺杂Co/Zn第（dì）二步吸附的（de）比（bǐ）例Fe的含（hán）量，RRDE酸性介质试验中氧还（hái）原E1/2可达到0.85V。质（zhì）子交换膜燃料电（diàn）池试验结果表明，通过调（diào）整Co混合能有效（xiào）提高传质效果，优化峰功率密度可达500mW/cm以上，再次证明Co掺（chān）杂能有效改善催化剂中的孔结构。制氢电解槽    6.催化剂在RRDE以及PEMFC性能表征。    本文的第（dì）四个亮点是将催化剂应用于甲醇（chún）燃料电池测试（shì）（7），并取得优异（yì）的性能（néng）。在（zài）甲醇-空气电（diàn）池测（cè）试中Fe/Co-N-C催化剂在不同（tóng）甲醇浓度下的开路电压和峰值功率（lǜ）密度。与贵金属催（cuī）化剂相比，这种双金属（shǔ）催化剂具有相当优异的（de）甲醇耐受（shòu）性、较高的开路电压（yā）和较小的（de）高浓度甲醇性能衰减。M-N-C该工作首次获得了135mW/cm2的功（gōng）率密度远高于（yú）以前（qián）的任何功（gōng）率密（mì）度PGM-freeM-N-C甲醇-空气电池（chí）试验中催化剂的性能。    7.甲醇-空气燃料电池催化剂的性（xìng）能表征（zhēng）（A和D:Fe/Co-N-C,B和E：Pt/C）。    此文章为M-N-C催化剂用于其他燃料电池，如直接乙醇燃料电池和直接（jiē）氨燃（rán）料电池，提供了更广阔的（de）应用前景。    制氢（qīng）电解槽