近日，上海驥翀氫能科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)驥翀氫能)成功研發(fā)COMPASS—S系列燃料電池備用電源。在驥翀氫能的金屬雙極板制造車(chē)間，一卷卷金屬板經(jīng)激光焊接、涂層、密封，變成了一塊塊規律排列著(zhù)或直或曲紋路的金屬雙極板。

驥翀氫能聯(lián)合創(chuàng )始人傅云峰告訴《中國科學(xué)報》說(shuō)：“這些紋路形成了金屬雙極板‘兩板三腔’結構，實(shí)際上就是金屬雙極板的通道，為氫氣、氧氣和冷卻液提供進(jìn)出、分配和發(fā)生化學(xué)反應的場(chǎng)所，是燃料電池電堆運行的基本結構單元?！?/p>

2007年以前，“兩板三腔”結構是阻礙國內金屬雙極板燃料電池從實(shí)驗室走向產(chǎn)業(yè)化的一大難題，也是幾乎大部分研究燃料電池的團隊希望解決、卻遲遲沒(méi)有突破的難題。

傅云峰帶領(lǐng)團隊用兩年時(shí)間，在國內率先攻克薄型金屬雙極板“兩板三腔”結構，為金屬雙極板燃料電池的產(chǎn)業(yè)化“攻下一城”。

傅云峰(右一)與團隊討論問(wèn)題，圖源中國科學(xué)報

機會(huì )的“種子”遇到合適的“土壤”

1999年，傅云峰考入清華大學(xué)攻讀碩士研究生，期間接觸到鋰電池和燃料電池。隨著(zhù)知識的積累，他發(fā)現動(dòng)力電池有著(zhù)巨大應用前景，是全世界眾多化學(xué)家的研究重點(diǎn)。

“電池材料體系的研究‘深奧又迷人’，尤其是20世紀90年代，鋰電材料和燃料電池材料的研究突破為商業(yè)化奠定了基礎，我覺(jué)得這是工程師們的機會(huì )?！本瓦@樣，傅云峰的心中埋下了一顆機會(huì )的“種子”。

相比鋰電池而言，傅云峰認為燃料電池更前沿，前景也更廣闊。從清華大學(xué)畢業(yè)后，傅云峰拿著(zhù)燃料電池產(chǎn)業(yè)化的項目申報書(shū)回到家鄉湖北，卻因為行業(yè)太過(guò)前沿而受到了“冷遇”，但這并沒(méi)有影響傅云峰走上燃料電池產(chǎn)業(yè)化道路的堅定信念。

隨后，傅云峰一路北上，最終加入中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)大化所)的產(chǎn)業(yè)化平臺，大化所是中國燃料電池的搖籃。傅云峰心中的“種子”終于遇到了合適的“土壤”，蓄勢而出。

“別人能做到，我們也能做到”

2002年，傅云峰剛剛加入大化所產(chǎn)業(yè)化平臺時(shí)，石墨雙極板技術(shù)路線(xiàn)是行業(yè)主流，他隨即投入到了柔性石墨雙極板的技術(shù)開(kāi)發(fā)中。

在國內相關(guān)設計和工藝空白、外部資料信息封鎖的情況下，傅云峰與團隊歷時(shí)5年，采用原創(chuàng )工藝技術(shù)完成了柔性石墨雙極板的小批量生產(chǎn)，成功實(shí)現50千瓦電堆模塊上車(chē)運行，并且參與了2008年北京奧運會(huì )燃料電池汽車(chē)的示范運營(yíng)。

參與研發(fā)的技術(shù)能夠應用于世界矚目的盛會(huì )，對剛入行的傅云峰來(lái)說(shuō)是極大的鼓舞。但他并沒(méi)有因此而停止前進(jìn)的步伐，因為國內剛剛起步的燃料電池產(chǎn)業(yè)還有很多“真空地帶”等待探索。其中，金屬雙極板成型就是困擾行業(yè)的一大問(wèn)題。

傅云峰告訴《中國科學(xué)報》，與石墨板路線(xiàn)相比，金屬雙極板更符合車(chē)用燃料電池電堆技術(shù)的主流方向，但當時(shí)，國內金屬雙極板都是蝕刻成型，難以滿(mǎn)足批量化生產(chǎn)的環(huán)保性和一致性需求，在重量方面也體現不出金屬板的優(yōu)勢，只能停留在實(shí)驗室中。

這一問(wèn)題成為阻礙金屬板燃料電池產(chǎn)業(yè)化的一塊“大石頭”，全行業(yè)都在嘗試解決，傅云峰也不例外。在完全“空白”的情況下，傅云峰認為毫無(wú)頭緒地“埋頭苦干”不是辦法，應該首先了解先進(jìn)經(jīng)驗。

2005年，大化所有一次日本調研的機會(huì )，傅云峰主動(dòng)申請前往。在參觀(guān)中，一塊兩個(gè)板、三個(gè)腔(兩板三腔)的金屬板引起了傅云峰的注意：“不同于國內的蝕刻，這塊金屬板是以沖壓方式成型的?！?/p>

“兩個(gè)板子怎么沖壓形成了三個(gè)腔呢?”從日本回來(lái)后，這個(gè)問(wèn)題一直困擾著(zhù)傅云峰。

傅云峰和團隊在實(shí)驗中發(fā)現，沖壓成型時(shí)，為保證陰陽(yáng)極板相互支撐和流體流動(dòng)，陰陽(yáng)極流場(chǎng)可交叉設計，形成陰陽(yáng)極流場(chǎng)，而陰陽(yáng)極板重合時(shí)凹陷部位相對、突起部位相對，通過(guò)粘接或者焊接，就可形成冷卻腔的密封。但問(wèn)題也隨之而來(lái)，冷卻腔進(jìn)出口因凹陷部位相對而封閉。

為了解決這個(gè)難題，團隊成員不斷討論、實(shí)驗、測試，苦苦思索沒(méi)有進(jìn)展時(shí)，傅云峰提議跳出已有方案的圈子，回歸結構本身。在這一思路之下，團隊最終利用雙極板“兩板”特性，提出了解決方案，于2007年在國內率先攻克薄型金屬雙極板“兩板三腔”結構難題并申請相關(guān)專(zhuān)利。

雙極板是燃料電池電堆中的“骨架”，與膜電極層疊裝配成電堆，直接影響電堆的體積、輸出功率和壽命。因此，金屬雙極板“兩板三腔”結構難題是金屬板燃料電池產(chǎn)業(yè)化道路中的重要“城池”，它的解決為燃料電池的從實(shí)驗室走向市場(chǎng)掃除了一個(gè)基本障礙。直到現在，市面上的沖壓成型金屬雙極板所沿用的還是這種“兩板三腔”結構方案。

這次經(jīng)歷對傅云峰來(lái)說(shuō)非常重要，讓他對中國燃料電池的產(chǎn)業(yè)化更有信心：“別人能做到，我們也能做到?！?/p>

用有限的條件創(chuàng )造事業(yè)

近幾年，燃料電池產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域不斷積累的技術(shù)突破終于迎來(lái)“歷史的轉折”，氫能已成為新能源領(lǐng)域的一大“熱詞”。政策加持、資本入場(chǎng)，中國燃料電池產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程不斷加快。

傅云峰感到，投身多年的事業(yè)終于迎來(lái)了曙光，他像20年前一樣，毫不猶豫抓住這個(gè)機會(huì )，再次加入中國燃料電池產(chǎn)業(yè)化的大潮。

2018年12月，傅云峰作為聯(lián)合創(chuàng )始人，參與創(chuàng )立了驥翀氫能?；貞泟?chuàng )業(yè)初期，傅云峰最大的感受是艱苦，因為一切都是從頭開(kāi)始，條件非常有限，場(chǎng)地、測試臺非常簡(jiǎn)陋，人員也不充足。他認為，正是因為條件“有限”，才有更多的發(fā)揮空間，才更有機會(huì )“創(chuàng )造事業(yè)”。

就是在這樣的“有限條件”下，傅云峰參與并部分主持了MH170金屬雙極板燃料電池電堆的研發(fā)工作，將“兩板三腔”結構應用于其中。

2020年，MH170燃料電池電堆問(wèn)世，刷新了當時(shí)國內外金屬雙極板電堆功率和功率密度的紀錄。傅云峰感受到20多年前埋藏在心中的“種子”終于要開(kāi)花結果了。

此后，MH170不斷突破，如今單堆額定功率已達到了160千瓦，裸堆體積比功率密度4.7千瓦/升,可實(shí)現零下40攝氏度低溫存儲與無(wú)輔助啟動(dòng)，兼具長(cháng)壽命和低成本優(yōu)勢，在行業(yè)中具有明顯的競爭優(yōu)勢。

傅云峰向《中國科學(xué)報》透露，他正在研究一種比“兩板三腔”結構更先進(jìn)的金屬雙極板結構方案，不久之后將實(shí)現在MH290電堆產(chǎn)品中的應用。他認為：“20年前我們沒(méi)有落后，20年后，我們的產(chǎn)業(yè)化也不能落后?！?/p>