雖然這塊長(zhǎng)40厘米、寬10厘米的金屬薄片表面造型頗為復(fù)雜，但在外行人看來(lái)，也許并沒有多少特別之處。而在全球新能源汽車燃料動(dòng)力鋰電池的研發(fā)者眼中，這塊名為金屬雙極板的產(chǎn)品卻是他們孜孜以求的攻關(guān)目標(biāo)。在汽車零部件中拆下任何一個(gè)沖壓件，都找不到表面特性有這么復(fù)雜的。上汽集團(tuán)新能源和技術(shù)管理部燃料動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)部總監(jiān)陳雪松介紹說，由多塊金屬雙極板組合而成的電堆，將成為未來(lái)燃料動(dòng)力鋰電池汽車的動(dòng)力引擎。

目前，這塊凝結(jié)著上海汽車集團(tuán)、上海交通大學(xué)以及大連新源動(dòng)力產(chǎn)學(xué)研三方合作的金屬雙極板，已完成第二批樣品的制造。按照上汽集團(tuán)的規(guī)劃，到2015年，搭載著金屬雙極板的燃料動(dòng)力鋰電池汽車將達(dá)到千輛級(jí)的產(chǎn)量規(guī)模。

研發(fā)金屬雙極板為國(guó)際趨勢(shì)

在催化劑的用途下，氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并將能量轉(zhuǎn)化為電能，燃料動(dòng)力鋰電池就是由此原理驅(qū)動(dòng)汽車前行。由于效率高、零排放，燃料動(dòng)力鋰電池汽車被認(rèn)為是新能源汽車領(lǐng)域最為環(huán)保的技術(shù)路線。

陳雪松表示，燃料動(dòng)力鋰電池中最關(guān)鍵的部件當(dāng)屬電堆，而雙極板則是其核心部件之一。目前雙極板較多采用的材料是石墨，但由于其機(jī)械性能、制造成本等方面存在先天劣勢(shì)，研發(fā)純金屬材料的雙極板已經(jīng)成為國(guó)際燃料汽車領(lǐng)域的新趨勢(shì)。

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陳雪松介紹說，制造金屬雙極板的技術(shù)難點(diǎn)在于沖壓金屬薄板的過程中，如何保證成形精度和一致性，同時(shí)還要解決其焊接變形和表面防腐的問題。為此，上汽集團(tuán)為燃料動(dòng)力鋰電池設(shè)立的三大關(guān)鍵零部件研究專項(xiàng)中，金屬雙極板就位列其中。

上汽集團(tuán)新能源和技術(shù)管理部燃料動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)開發(fā)工程師方亮介紹，由于金屬雙極板使用的不銹鋼材料相較傳統(tǒng)的石墨更為便宜，加之采用沖壓這一加工工藝，成本相較石墨材料能降低三分之一到四分之一。

根據(jù)上汽集團(tuán)的規(guī)劃，2015年將形成千輛級(jí)別的燃料動(dòng)力鋰電池汽車產(chǎn)量，這也意味著金屬雙極板的產(chǎn)量需達(dá)到十萬(wàn)片的量級(jí)。

產(chǎn)學(xué)研結(jié)合已是交大傳統(tǒng)

上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院復(fù)雜薄板結(jié)構(gòu)數(shù)字化制造實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，展示著不同時(shí)期研發(fā)的金屬雙極板樣片和壓制模具。作為金屬雙極板項(xiàng)目的合作方，該實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著雙極板的制模、壓制、焊接等關(guān)鍵工序，實(shí)驗(yàn)室有5名教師和10多名博士、碩士生。

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從1996至今，林忠欽教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和上汽保持密切合作，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合是有傳統(tǒng)的。上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授來(lái)新民說。在此次金屬雙極板項(xiàng)目合作之前，上海交大和上汽集團(tuán)在汽車制造領(lǐng)域早有產(chǎn)學(xué)研合作先例。

陳雪松表示，上汽作為整車公司，能獨(dú)立開發(fā)的零部件畢竟有限，而上海交大在金屬薄板微細(xì)沖壓成形這一領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。同樣是正在研發(fā)燃料動(dòng)力鋰電池的國(guó)外公司，其團(tuán)隊(duì)的人力和研究經(jīng)費(fèi)相比我們多，在這種情況下進(jìn)行雙極板的自主開發(fā)，就必須借用外部資源。陳雪松告訴記者。

2005年前后，復(fù)雜薄板結(jié)構(gòu)數(shù)字化制造實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向極板成形，并進(jìn)行了多項(xiàng)基礎(chǔ)研究工作。此后正好趕上上汽集團(tuán)的新能源項(xiàng)目，產(chǎn)學(xué)研合作也就水到渠成了。來(lái)新民表示。

2011年一月，車用金屬雙極板研發(fā)立項(xiàng)，由上汽集團(tuán)、上海交大和新源動(dòng)力三方合作，并共享研究成果。就具體分工而言，上汽集團(tuán)提出雙極板的厚度、平整度、防腐性等技術(shù)要求，新源動(dòng)力負(fù)責(zé)金屬板設(shè)計(jì)和表面處理，上海交大則承擔(dān)沖壓、焊接。

學(xué)生因參與項(xiàng)目贏得挑戰(zhàn)杯

在40厘米長(zhǎng)、10厘米寬，厚度僅為0.1毫米的金屬薄片原材料上，壓制出1毫米左右的致密復(fù)雜流場(chǎng)，分別供氧氣、氫氣和冷卻水的流通，流道成形精度甚至要達(dá)到微米級(jí)別，制造這樣一塊合格的金屬雙極板，其難度可想而知。

反復(fù)雕琢的磨具制作過程是此番產(chǎn)學(xué)研緊密合作的縮影。在開磨具之前，三方反復(fù)修改設(shè)計(jì)，數(shù)不清有多少個(gè)來(lái)回。參與該項(xiàng)目的上海交大彭林法博士說。而信息的順暢溝通也必不可少。我們每周召開項(xiàng)目電話會(huì)議，每個(gè)月有報(bào)告和回顧，每季度進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)審核會(huì)。負(fù)責(zé)項(xiàng)目管理的上汽集團(tuán)新能源和技術(shù)管理部項(xiàng)目經(jīng)理高雷介紹說。

在上汽集團(tuán)新能源和技術(shù)管理部的辦公室內(nèi)，方亮展示了第一代金屬雙極板的第二批次產(chǎn)品：目前的產(chǎn)品厚度已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分性能也符合美國(guó)能源部要求的實(shí)際應(yīng)用水平，我們正將其組合成電堆實(shí)驗(yàn)。而改進(jìn)設(shè)計(jì)及工藝后的第三批次產(chǎn)品也在緊鑼密鼓地研制中。

產(chǎn)學(xué)研的方式實(shí)現(xiàn)了雙贏，縮小了和國(guó)外金屬雙極板制造水平的差距。陳雪松如此看待此次三方的合作。而在來(lái)新民看來(lái)，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合也為學(xué)術(shù)研究供應(yīng)了源頭活水。在微細(xì)制造領(lǐng)域，我們此前做了很多基礎(chǔ)研究，比如如何防止成形缺陷，控制成形精度。在將基礎(chǔ)研究應(yīng)用到了產(chǎn)品開發(fā)的過程中，也會(huì)有許多新問題冒出來(lái)要我們?cè)俳鉀Q。上海交大的兩位碩士生邱殿凱和鄧宇君在參與項(xiàng)目時(shí)受到啟發(fā)，琢磨出新的金屬雙極板工藝方法，贏取了去年挑戰(zhàn)杯全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽的特等獎(jiǎng)。