高功率密度燃料电池薄型金属双极板及批量化精密制造技术

2019年上海市技术发明特等奖

燃料电池“高功率密度、大功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约燃料电池汽车规模化推广的国际难题，变革燃料电池核心部件，采用金属双极板替代现有石墨双极板，是破解难题的有效途径。上海交通大学来新民教授团队历经十余年研发，与上汽集团、新源动力、上海治臻等企业开展产学研合作，发明了薄型金属双极板设计与制造新方法、新工艺和新装备。主要发明如下：

1、提出了“岛群-流道”复合的大规模并联流场均匀分流原理，解决了现有叉分流道分流的过约束问题，创建了错层密封的冲压单极板背对背焊合方法，发明了薄型金属双极板“两板三场”新构型。

2、揭示了大面积超薄板细密流道的成形回弹及焊接变形规律，建立了细密流场成形及焊接的残余应力分析模型，发明了极板多步成形误差补偿与激光焊接变形抑制技术。

3、提出了“非晶碳耐蚀-石墨微晶导电”的涂层性能综合原理，探明了石墨微晶纵向生长机制；提出了非晶碳沉积过程伴生石墨微晶生长的控制方法，发明了非晶-微晶复合涂层及其磁控溅射制备技术。

4、发明了耐蚀导电复合涂层的多腔连续磁控溅射等工艺装备，研制了融合多步成形-多工位焊接-多腔溅射的金属双极板生产装备系统，创建了我国首条金属双极板批量化生产线。

本项目获授权中国发明专利37项，申请PCT专利5项，牵头和参与制订国家标准13项，发表SCI论文91篇(全球双极板主题论文数第一)。开发的金属极板在国内率先通过5000小时车载工况寿命考核，在国内金属极板市场上占主导地位；成果应用于我国首辆金属极板燃料电池轿车与客车、首个上汽P390型115kW车用全功率电堆开发，为上汽、东风、长城等国内金属极板燃料电池汽车开发提供了自主可控的核心技术。

金属双极板

金属双极板连续冲压成形

金属双极板多工位连续激光焊接

金属双极板多腔连续磁控溅射工艺装备

金属双极板生产