科技部“可再生能源与氢能技术”重点专项申报指南

近日,科技部下发《科技部关于发布国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”等重点专项2019年度项目申报指南的通知》(以下简称“通知”)。

为落实《国家创新驱动发展战略纲要》《国家中长期科学和技 术发展规划纲要(2006—2020 年)》,以及国务院《能源发展战略 行动计划(2014—2020 年)》《“十三五”国家科技创新规划》等 提出的任务,国家重点研发计划启动实施“可再生能源与氢能技 术”重点专项,根据本重点专项实施方案的部署,现发布 2019年度项目申报指南。

本重点专项关于氢能的总体目标是:推进氢能技术发展及产业化。专项实施周期为 5 年(2018—2022 年)。

氢能主要研究内容和考核指标如下:

5. 氢能

5.1 车用燃料电池膜电极及批量制备技术(共性关键技术类)

研究内容:针对商用车质子交换膜燃料电池的技术要求,研发高性能长寿命膜电极以及批量制备工艺。具体包括:高性能、长寿命、低成本全氟质子交换膜制备技术;膜电极阴阳极催化层 结构与性能研究,并优化其全氟质子导电聚合物粘结相;膜电极阴阳极气体扩散层结构与性能研究;边框材料与密封结构研究; 膜电极连续工业化制备技术与装备开发。

考核指标:质子膜质子传导电阻≤0.02Ωcm2 ,氢渗透≤2mA/cm2,化学机械混合耐久性≥20000 循环;膜电极活性面积≥200cm2,Pt载量≤0.4mg/cm2,在 0.62V 电压下电输出性能≥2A/cm2 以及在 0.8V 电压下≥0.3A/cm2;抗反极时间≥100 分钟( 75oC,0.2A /cm2),抗 200次反极电 流循环后( -10°C ,0.2A / cm2,15s),膜电极性能损失≤5%;寿命≥2万小时(按燃料电池客车 工况测试 5000 小时,性能衰退≤2.5%);膜电极产能≥20 万平方 米/年。

5.2 车用燃料电池空压机研发(共性关键技术类)

研究内容:针对车用燃料电池空压机开展关键技术研究,具体包括:压缩机优化设计技术;先进空压机轴承技术及高速转子动力学匹配技术;超高速高效永磁电机技术;车载高频控制器技术;空压机系统一体化集成及控制技术;空压机系统减振降噪及可靠性提升技术;小批量制造工艺。

考核指标:额定流量≥125g/s;压缩比≥2.5,出口压力波动偏差≤2%;噪声≤70dB(A)(测试标准:GB/T1859-2000,1米法);振动最大均方根加速度≤1g,抗振等级符合 ISO 16750 标准; 怠速至额定转速响应时间≤3s;出口空气含油量=0.03mg/Nm3; 控制器输入功率≤16kW;寿命≥8000h,起停次数≥10 万次;空压机系统(不含控制器)重量≤15kg;交付20 套空压机系统配套主机厂。

5.3 车用燃料电池氢气再循环泵研发(共性关键技术类)

研究内容:针对车用燃料电池氢气再循环泵开展关键技术研究,具体包括:氢气再循环泵的总体设计技术;氢气再循环泵防爆及密封设计技术;复杂多相介质环境适应性技术;氢气再循环泵的可靠性提升技术;氢气再循环泵的减振降噪技术;小批量制造工艺。

考核指标:在 1400NL/min 条件下,出口压升≥0.20bar;系统效率≥60%(控制器输入端到再循环泵出口,台架测试结果),噪声70dB(A)(测试标准:GB/T1859-2000,1 米法);寿命≥5000h;工作介质温度-30~90°C,工作介质湿度 0%~120%RH;具 备内部结冰堵转保护功能,结冰融化后可正常运行;交付 20 套氢气再循环泵配套主机厂。

5.4 70MPa 车载高压储氢瓶技术(共性关键技术)

研究内容:针对我国 70MPa 碳纤维缠绕氢瓶储氢密度偏低,瓶口组合阀主要依赖进口的问题,开展高密度车载高压储氢技术研究。具体包括:高压储氢瓶内胆设计与制造技术;低成本高强 碳纤维缠绕设计及工艺优化;高耐候性粘结剂改性技术;碳纤维缠绕氢气瓶优化设计与工艺;高压瓶口组合阀及瓶口密封结构设计与制造技术;高压储氢瓶充放氢循环失效机理及无损失效检测技术研究。

考核指标:碳纤维缠绕氢气瓶公称工作压力70MPa,单位质量储氢密度≥5.0wt%(包括瓶口阀),压力循环次数≥7500 次;安全性能满足UN GTR13 要求;建立国家/行业产品标准(送审稿)。

5.5 车载液体储供氢技术(共性关键技术类)

研究内容:针对重型车辆的车载大容量液体储供氢系统,开展高密度液体储供氢关键技术研究,具体包括:高密度液体储供氢系统总体方案制定及参数匹配的研究;车用液体储氢容器、气态氢气发生装置、储氢液体加注泵等关键零部件的研制;供储氢系统状态监测和实时预警技术;液体储供氢系统的安全技术规范研究。

考核指标:单台车载系统供氢能力≥30kg,供氢速率≥10kg/h;供氢能耗每立方米氢气应小于1.5kwh/m3(H2)。液体储供氢系统的质量储氢密度≥6%wt,一次加满储氢液体后不释放氢气时间≥5 天(或者日蒸发率≤6%)。制定车载液体储供氢系统的国家安全技术规范或国家/行业标准 1 项(送审稿)。

5.6 燃料电池车用氢气纯化技术(共性关键技术类)

研究内容:针对我国工业(高)纯氢中的 H2S 等有害杂质降低车用燃料电池寿命、固体颗粒降低加氢机可靠性等问题,开展燃料电池车用氢气低成本定向纯化技术研究。具体包括:H2S 等有害杂质的定向纯化材料;纯化材料与杂质成分的相互作用机制; 氢纯化系统设计及其定向除杂技术;氢气中痕量杂质检测技术; 氢气品质在线监控技术。

考核指标:氢气纯度≥99.999%,氢气中总 S(以 H2S 计)≤0.004ppm,甲醛≤0.01ppm,总卤化物(以卤离子计)≤0.05ppm,NH3≤0.1ppm,CO≤0.2ppm,甲酸≤0.2ppm,颗粒物≤1.0mg/kg, 纯化成本≤2.0 元/kg H2,实现氢气品质的在线监控。

5.7 加氢站用高安全固态储供氢技术(共性关键技术类)

研究内容:面向我国加氢站高安全储供氢需求,开展基于我国优势资源的高安全固态储供氢技术研究。具体包括:基于我国优势资源低成本固态储氢材料设计与制备技术;高安全低压高密度固态储氢装置设计和制备技术;静态压缩装置设计和制备技术; 储供氢装置热管理系统设计技术;储供氢装置站用安全监控技术。

考核指标:在10Mpa 条件下,固态储氢容器内容积体积储氢密度≥55kg/m3 ;静态压缩供氢压力≥70MPa;供氢速率≥1kg/min。

5.8 70MPa 加氢站用加压加注关键设备(共性关键技术类)

研究内容:针对 70MPa 加氢站用加压加注关键设备开展关键技术的研究,具体包括:90MPa 氢压缩机整体设计及核心部件开发,整机可靠性研究;预冷加注一体化加氢机核心部件设计和工艺研究,整机可靠性研究;通过本项目突破氢压缩机和加氢机核心关键技术,实现小批量的生产和配套。

考核指标:(1)加氢机:加注压力70MPa,加氢精度不低于±1%,符合国家标准并兼容国际主流标准和加注协议;(2)氢气压缩机:压缩机排气压力≥87.5MPa,排气流量≥每小时 200 标方(进气压力 15MPa 时),轴功率≤46.5kW;氢气压缩机连续无故障运行≥500h。加氢机、氢气压缩机基于自主研发,性能不低于国际同类产品。

5.9 加氢关键部件安全性能测试技术及装备(共性关键技术类)

研究内容:针对加氢站关键零部件泄漏、断裂等问题,开展相应的安全性能测试技术及装备研究。具体包括:加氢站关键零 部件失效模式分析、故障检测和安全评价技术;密封件及密封材料在高压氢环境中损伤检测技术及测试装备;供氢系统关键零部件高压高速氢气冲击(蚀)/自燃损伤检测技术及测试装备;火灾等极端条件下加氢站高压储氢容器的失效机制和泄爆技术。

考核指标:(1)密封材料在高压氢环境中损伤检测装置:氢气压力 140MPa、温度 0~200°C,氢气环境内部动态力施加装置行程≥20mm;(2)密封件临氢环境服役性能测试装置:测试压力140MPa、测试温度-60~150°C,氢气自动循环频率≥3 次/分钟; (3)高压氢气冲击(蚀)/自燃测试装备:测试压力 140MPa、测试温度-60~150°C,最大氢气流速≥60m/s;(4)建立高压氢环境典型密封材料性能数据库、相关测试评价方法及技术标准。

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