为燃料电池汽车核心部件 上海提供“中国方案”

　　在刚刚颁布的2019年上海市科学技术奖中，由上海交通大学、新源动力股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司和上海治臻新能源装备有限公司联合研发的“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”项目获得技术发明特等奖。

　　发展氢能与燃料电池汽车已经成为全球共识。最近两三年，欧美日韩等国相继推出氢能源路线图。我国也已将燃料电池汽车列入国家发展战略，预计2030年年产量将达百万辆。

　　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——双极板是破解上述难题的有效途径。

　　电堆是燃料电池汽车的“心脏”，相当于传统燃油车的发动机。电堆由数百片金属双极板和膜电极层叠装配而成。双极板是其核心部件，起到均匀分配气体、排水、导热、导电等功能，其性能优劣直接影响电池的输出功率和使用寿命。现阶段，国内外双极板按材料不同可分为石墨板、金属板与复合板三大类。

　　相较于其他两类双极板产品，金属双极板具有优异的导电、导热性能、机械加工性、致密性，以及强度高、阻气性好等优势，可以为汽车应用提供良好的能量密度、低温（－40℃）启动保障，适合大批量低成本生产。考虑到车辆空间限制问题，金属双极板被国内外车企，尤其是乘用车企寄予了厚望。

　　尽管在成形细密化、残余应力控制、耐蚀性、设计自由度等方面存在不足，但随着产业的发展，以及成形技术、导电耐蚀涂层技术等日趋成熟，已实现量产上市的丰田、本田、现代等燃料电池车型均不约而同地选用了金属双极板。

　　此番获得上海技术发明特等奖的金属双极板技术，就是历经十余年的研究，在结构、工艺、装备上都取得了重大突破。项目负责人、上海交通大学机械与动力工程学院来新民教授指出，丰田之前的双极板采用的“三板三场”结构，而他们采用了“两板三场”新结构来提升电堆的密度，并采用不锈钢代替了价格昂贵的钛合金作基材。同时，联合研发团队突破了金属双极板电堆叠装的接触均匀性瓶颈，将双极板的叠装片数从130片提升至400片，开发了首个400片115kW大功率车电堆，实现了燃料电池汽车的全功率驱动。

　　因为电池堆是由400片双极板叠加在一起的，装配误差可能会对泄露产生影响，所以，金属双极板在制造过程对工艺要求极高，需要在200×400毫米的标准极板上冲压成形高度在1mm以内的凹槽，精度都在微米级别。其次是焊接。由于基材厚度小于0.1mm，必须对工艺参数进行很好的控制才能保证既不被焊穿又不产生大变形。第三就是耐久性。在酸性环境中，由于耐久性和导电性是一个跷跷板，如何兼顾耐久性和导电性，使腐蚀电流控制在1微安以下，接触电阻控制在10毫欧以下？他们发明了一种复合涂层，在200纳米厚度上采用20层进行多层交替复合，使涂层非常致密，杜绝针孔问题。

　　来新民团队先在学校进行基础理论研究，然后与上汽集团、新源动力等紧密合作开展车用金属极板的开发与试制工作，最终又建立起我国首条金属双极板全工艺流程生产线，探索出0到1、1到10、10到100的政产学研用的创新新模式。

　　团队共同开发的“两板三场”金属极板燃料电池被2019世界新能源汽车大会评为代表新能源汽车方向的八项前沿技术之一。建立的全套金属极板制造技术体系，打破了国外垄断，为燃料电池核心部件自主可控奠定了坚实基础。突破电堆核心部件，为上汽乃至中国燃料电池汽车技术跻身国际一流行列提供了关键支撑。

上海科技功臣陈亚珠

（1936年7月——）

　　中国工程院院士、高电压技术与生物医学工程专家，浙江宁波人。现任上海交通大学讲席教授、上海交通大学生物医学工程学院名誉院长。中国生物医学工程领域及大型医疗器械研制的先驱和开拓者之一。

　　1962年，陈亚珠毕业于上海交通大学电机系，高电压技术专业。早期在过电压防雷保护、高电压设备绝缘设计、静电场数值计算等领域成绩卓著。二十世纪八十年代初，她将多学科知识及工程技术融合，应用于无创伤医疗领域，开创了我国重大疾病物理治疗的学科研究新方向。

　　肾结石作为一种发病率在5% 一15%（不同地域）的多发病，在我国患者众多。80年代初的传统手术创伤大，术后恢复时间长，医疗资源远不能满足患者的需求。当时德国推出液电冲击波体外粉碎肾结石机，不用手术刀取石，用物理方法使肾结石粉碎、通过尿道排出体外，无痛无创。但仪器售价高达120万美元/台，当时国内大部分医院没有经济实力，广大患者很难承担。

　　陈亚珠和唐耀宗老师带领团队凭借她在高电压强脉冲放电领域的深厚技术积累，对接国家重大需求，在没有资金资助的情况下，经过数以万计的实验及试验，仅用一年零八个月就成功研制了具有国际先进水平的“液电冲击波体外肾结石粉碎机”，为泌尿外科史上开创非手术刀的方法，使广大肾结石、尿路结石患者接受无痛无损伤的治疗，临床效果达到98%以上。临床三十多年来，这款集高压电技术、电子信息、影像学技术、工程学和计算机技术为一体化设备，使得90%以上的肾结石患者得到了无创伤治疗。据不完全统计治疗患者已有百万人次以上，获得巨大的社会和经济效益。陈亚珠院士的儿子也成为这台机器的获益者，他感慨说，母亲真了不起。

　　从肾结石体外粉碎机，到“前列腺增生热疗仪”、“尿流动力学检测仪”，射频热疗仪等，陈亚珠填补了国内在无创伤型医疗仪器研发领域的一项项空白，以“结构简单、成本低廉、方便易用”的优势，为千万患者解除病痛的同时，打破了我国在同领域的高端医疗器械产品对进口产品的依赖，节约了大量的外汇资源。

　　进入二十一世纪，陈亚珠致力于物理治疗肿瘤技术的临床研究和应用开发，提出了超声辐射致热协同化疗药物复合治疗理念，成功研制“超声热疗”肿瘤复合治疗系统，即超声局部热疗和化疗或放疗相结合的“绿色无创”治疗新范式。在口腔颌面—头颈部恶性肿瘤超声热化疗系统及临床应用,在多家医院进行的多中心临床I/II期试验中，近期疗效提高28%，近 1/4患者又获得手术指征，获得了业界和社会的广泛认可。

　　近二十年来，她又提出一种无创、绿色、精准、多元化的治疗理念,在国际上率先提出了“新型超声相控阵电子聚焦技术（PHIFU）,具有多聚点、多模式和电子扫描等优点,从体外将超声波聚焦到体内，实现病灶部位高温消融，具有无创性、非侵入性、无副作用、康复较快等优点。她和团队发明的MRI-PHIFU诊治一体化系统，US-PHIFU诊治一体化系统的系列产品，目前在上海市第一人民医院、华山医院、上海肿瘤医院、国际和平妇幼保健院等多家知名三甲医院正在得到临床试用，首先用于子宫肌瘤、转移骨肿瘤疼痛缓解，即将开展子宫腺肌症、乳腺肿瘤的无创治疗。

　　如今，已是耄耋之年的陈亚珠院士仍致力于推动我国医疗器械产业科技创新计划、引领生物医学工程交叉学科发展。她率先实践了医工结合、医工交叉的“产、学、研、用”创新模式。作为国内将工程技术与生命健康跨界结合的第一人，她对接国家重大战略、民生需求，立足上海，为健康中国，为中国高端医疗器械的研发做出了巨大的贡献。（陈冰）