24項！國家重點氫能技術專項公布

近日，國家科技部發(fā)布了《關于國家重點研發(fā)計劃“氫能技術”重點專項2022年度項目安排公示的通知》。

“氫能技術”專項共24項，其中企業(yè)牽頭的6項，其中包括山東賽克賽斯氫能源有限公司的兆瓦級電解水制氫質子交換膜電解堆技術、廣東電網有限責任公司的固體氧化物電解水蒸汽制氫系統(tǒng)與電解堆技術、國家能源集團氫能科技有限責任公司的質子交換膜電解水制氫測試診斷技術與設備研發(fā)、合肥通用機械研究院有限公司的高可靠性高壓儲氫壓力容器的設計制造技術 、國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司的兆瓦級發(fā)電用質子交換膜燃料電池堆應用關鍵技術、潮州三環(huán)(集團)股份有限公司的百千瓦級固體氧化物燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)應用關鍵技術。其余牽頭單位均為大學或研究所。項目實施周期為36-48個月。詳情如下所示：

上述各項目研究內容和考核指標如下：

1.氫能綠色制取與規(guī)模轉存體系

1.1 兆瓦級電解水制氫質子交換膜電解堆技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對風電/谷電等對高彈性、大功率電解制氫系統(tǒng)的需求，開展寬功率適應性的高產氣量電解水制氫質子交換膜(PEM)電解堆及支持系統(tǒng)技術研究。具體包括：低貴金屬、高穩(wěn)定性膜電極制備技術研究，高均一性雙極板設計及制備技術研究，高導電、高耐蝕、低流阻多孔擴散層設計與制備技術研究，大面積單池內部機械應力均衡與封裝技術研究，開展單池間結構與過程偏差敏感度分析與實驗驗證，設計并試制兆瓦級PEM電解堆，開展衰減、失效成因研究與可靠性、耐久性驗證。

考核指標：兆瓦級PEM電解堆，額定輸入功率≥1兆瓦，產氫速率≥220標準立方米氫氣/小時，直流電耗≤48千瓦時/千克氫氣，輸入功率可在5%~150%波動，在60℃且1安培/平方厘米的電流密度工作條件下滿足單池電壓≤1.85V且各單池之間電壓偏差≤50毫伏，在額定輸入電流處連續(xù)運行3000小時后滿足單池電壓衰變率≤30微伏/小時、堆內單池電壓極差≤60毫伏。其中，電解堆使用的膜電極活性面積≥0.3平方米，貴金屬總用量≤1.0毫克/平方厘米。

1.2 電解水制高壓氫電解堆及系統(tǒng)關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對電解水制氫注入管道輸送的增壓效率提升需求，突破電解水制高壓氫直接注入輸氫管道的質子交換膜(PEM)電解堆及系統(tǒng)裝備關鍵技術。具體包括：研究高壓力操作對電解堆性能及安全性的影響規(guī)律;研究耐高壓、低氫氧滲透及高電導率膜結構設計及制備工藝;研究高導電、高耐蝕雙極板材料與結構設計技術;研究高耐壓密封結構與材料，研制高壓操作PEM電解堆;研究高壓水氣分離與回水安全控制技術，研制全自動電解水制高壓氫系統(tǒng)裝備。

考核指標：高氣壓PEM電解堆額定輸入功率≥10千瓦，產氣壓力≥15兆帕，壓差耐受≥3兆帕，排出氧氣中氫含量≤1.5%，單池電壓2.0伏下電解堆的電流密度≥1.0安培/平方厘米，輸入功率允許波動范圍20%~100%;全自動電解水制高壓氫系統(tǒng)裝備，壓力控制精度優(yōu)于1%，壓差控制精度優(yōu)于2.5%，氫氣純度不小于99.99%，氧含量不大于80ppm，全系統(tǒng)完成1000小時的運行試驗驗證。其中，電解堆和系統(tǒng)使用的PEM膜電極中銥載量≤1毫克/平方厘米，鉑載量≤0.2毫克/平方厘米，極板貴金屬總量≤0.3毫克/平方厘米。

1.3 固體氧化物電解水蒸汽制氫系統(tǒng)與電解堆技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對固體氧化物電解水蒸汽制氫(SOEC)技術實用化問題，研究大功率固體氧化物電解制氫電解堆與系統(tǒng)集成技術。具體包括：大面積、高強度的超薄電解質設計與制備技術;高活性、長壽命電極設計與制備技術;電解池電連接、串接密封及其成堆技術;電解堆模組流場和熱控設計與集成技術;水熱等運行條件對電解堆性能影響規(guī)律、優(yōu)化運行策略及SOEC系統(tǒng)集成技術。

考核指標：固體氧化物電解水蒸汽制氫系統(tǒng)，功率≥50千瓦，電解電流密度在電解電壓為1.3伏且溫度不高于800℃的條件下≥0.8安培/平方厘米，水蒸氣轉化率≥70%，電解效率≥90%，直流能耗≤3.5千瓦時/標準立方米氫氣，連續(xù)運行時間≥2000小時，衰減率≤3%/千小時，10次冷熱循環(huán)衰減≤2%，預期壽命優(yōu)于20000小時，其中，單熱區(qū)電解堆模組功率≥20千瓦，單電解堆功率≥3.5千瓦，電極有效面積≥100平方厘米，電解質面比電阻(ASR)≤0.20歐姆·平方厘米?；诔‰娊赓|的電解單池在不高于800℃、電解電壓為1.3伏條件下，電解電流密度≥2安培/平方厘米。

1.4 質子交換膜電解水制氫測試診斷技術與設備研發(fā)(共性關鍵技術類)

研究內容：針對大規(guī)模質子交換膜(PEM)電解制氫技術發(fā)展和應用中面臨的測試、診斷關鍵設備缺失等問題，開展大功率的PEM電解水制氫電解堆測試診斷技術研究與設備開發(fā)。具體包括：研究適用于PEM電解水制氫系統(tǒng)優(yōu)化運行的多參量傳感與高精度量測技術;氣體泄漏快速檢測、精準定位與安全防護技術;適應多測試工況的電解電源與調控技術;研究PEM電解堆狀態(tài)信息提取與診斷評估技術;研制PEM電解單電池、電解堆和系統(tǒng)的性能及壽命綜合測試平臺。

考核指標：PEM電解單電池、電解堆和系統(tǒng)的性能及壽命綜合測試平臺的測試功率≥1兆瓦，最大測試電流≥6000安培，測試范圍寬于10%~100%，具備在線交流阻抗譜測試能力且阻抗測量精度優(yōu)于1%，具備陰陽極獨立背壓調節(jié)功能且氫氧壓力差控制精度優(yōu)于0.05兆帕、背壓壓力≥5兆帕，控溫范圍在25℃~90℃，控溫精度優(yōu)于1℃，在全測試范圍內流量、電壓、電流等參量測量精度優(yōu)于0.2%且控制精度優(yōu)于1%，氫泄漏定位精度優(yōu)于1厘米，氧中氫含量測量精度優(yōu)于0.1%，響應時間≤100毫秒;提出質子交換膜電解電堆壽命評估方法，評估誤差≤10%。

1.5 分布式氨分解制氫技術與灌裝母站集成(共性關鍵技術類)

研究內容：針對加氫站或加氫母站氨分解制氫面臨的反應溫度高、分離難等問題，開展分布式氨分解制氫關鍵技術研究與示范驗證。具體包括：高效氨分解催化劑材料的篩選、構造與規(guī)?；苽浼夹g研究;高性能氨吸附劑材料開發(fā)及氨脫除工藝研究;高性能氫氣純化膜材料開發(fā)及規(guī)?；苽浼夹g研究;現(xiàn)場液氨存儲、分解制氫、純化增壓、灌裝長管拖車、加注燃料電池汽車等一體化系統(tǒng)設計與集成管控技術。

考核指標：加氫母站用氨分解制氫裝備的產氫速率≥400標準立方米/小時，反應溫度≤480℃，氨轉化率≥99.5%，獲得的氫氣純度≥99.99%、氨濃度≤千萬分之一、其他雜質含量要求執(zhí)行GB/T37244-2018標準;氫氣制備成本≤7元/公斤(到站氨成本不計入)，裝置設計壽命≥10年，啟動時間≤2小時;分解后氮氣尾排中氨氣的濃度控制范圍≤10ppm;裝備穩(wěn)定運行時間不少于3000小時。

1.6 高溫質子導體電解制氫技術(基礎研究類)

研究內容：針對高溫質子導體電解制氫技術的實用化需求，開展高溫質子導體固體氧化物電解制氫材料、機理等基礎研究，具體包括：高電化學活性和穩(wěn)定性的空氣極材料與制備技術;高質子電導率固體氧化物電解質的制備和電解質薄膜燒結工藝;大面積電解池的制備與界面精確調控技術;電解堆連接、密封與成堆關鍵技術;電解池界面元素遷移、微觀結構演變規(guī)律與性能衰減機制。

考核指標：研制出千瓦級高溫質子導體型電解堆，運行溫度≤650℃，產氫率≥0.4標準立方米/小時、能耗≤3.5千瓦時/標準立方米，運行電流密度≥0.5安培/平方厘米，連續(xù)運行時間不少于1000小時，每1000小時的平均衰退率≤3%，室溫至工作溫度的熱循環(huán)≥3次。其中，單體電解池有效面積≥80平方厘米，1.3V穩(wěn)態(tài)制氫≥3000小時(實測)，每1000小時的平均衰退率≤2%;陽極對稱電池測試(水蒸汽含量≥20%)500小時后在650℃下面比電阻(ASR)≤0.1歐姆·平方厘米，10次循環(huán)平均衰減率≤1%/次;質子導體電解質在650℃下的質子導電率≥0.01西門子/厘米。

1.7 新型中低溫固體電解質氨電化學合成與轉化技術(基礎研究類)

研究內容：針對固體電解質氨電化學合成與轉化效率低的問題，開展兼具氨合成與轉化功能的新型中低溫電解質材料與電化學器件前沿研究。具體包括：中低溫條件下具有高質子電導率的新型電解質材料及其制備技術;中低溫條件下高效穩(wěn)定的氨轉化與合成催化劑;氨/氫電化學反應競爭機理與氨反應選擇性強化方法;電解質和催化劑的匹配技術及界面調控方法;研發(fā)基于中低溫電解質的高效氨電化學轉化器件。

考核指標：電化學合成氨的驗證性電堆功率≥500瓦，穩(wěn)定運行時間≥1000小時，運行溫度≤400℃，每平方米電池的電化學合成氨產率≥0.1摩爾/小時，法拉第效率≥80%;固體電解質直接氨燃料電堆功率≥500瓦，穩(wěn)定運行時間≥1000小時，運行溫度≤400℃，使用的單池峰值功率密度≥0.1瓦/平方厘米，氨轉化效率≥95%;電解質相對質量密度≥90%。

1.8 耦合高附加值氧化產物的電解水制氫技術(基礎研究類，青年科學家項目)

研究內容：針對提升可再生能源電解水制氫系統(tǒng)運行經濟性的重大需求，開展電解水制氫耦合陽極選擇性氧化制取大宗(市場需求千萬噸以上)、高附加值含氧化學品(如環(huán)氧乙烷、乙酸等)技術研究。具體包括：探索陽極氧化過程中有機分子高選擇性轉化機理，結合理論分析、開發(fā)出高性能催化材料;改進電極結構，強化多相反應界面?zhèn)髻|，減少極化;以低值有機資源為原料，通過電化學選擇性氧化制備易分離的高附加值化學品;開發(fā)陰極產氫耦合陽極選擇性氧化電解裝置，完成大電流類工業(yè)反應環(huán)境中的穩(wěn)定性和能耗驗證。

考核指標：開發(fā)出不小于1千瓦的電解制氫耦合高附加值氧產物的原型器件，貴金屬催化劑用量≤1毫克/平方厘米、質量比活性≥1安培/毫克，制氫電耗≤3.5千瓦時/標準立方米氫氣;在電流密度≥100毫安/平方厘米的條件下陽極選擇性氧化法拉第效率≥90%、陰極制氫法拉第效率≥99%且氫氣純度≥99.9%，穩(wěn)定連續(xù)運行時間超過1000小時。

2.氫能安全存儲與快速輸配體系

2.1 液氫加氫站關鍵裝備研制與安全性研究(共性關鍵技術類)

研究內容：基于商用液氫增壓氣化加氫站的大容量、高效及安全加注需求，突破關鍵裝備、核心零部件的制備技術，解決液氫站運行的氫安全問題。具體內容包括：研制液氫高壓泵;建立液氫加注過程熱力學和動力學模型，研究液氫氣化過程高效傳熱特性，研制高壓液氫氣化器;開展液氫增壓氣化加注的液氫加氫站試驗驗證，形成液氫加氫站安全預警和完整性技術。

考核指標：研制液氫高壓泵、液氫增壓氣化器等關鍵裝備。其中，高壓泵在80兆帕條件下，流量≥60千克/小時;高壓液氫氣化器設計壓力≥100兆帕，滿足安全預警的國家/行業(yè)規(guī)范要求，常溫下爆破試驗壓力不低于2倍設計壓力，且理論預測誤差≤15%;氣化器調溫組件出口溫度≥零下40℃;開發(fā)高壓液氫氣化器設計仿真軟件，傳熱量預測偏差≤15%。研發(fā)液氫增壓氣化加氫站，并對所研制的液氫高壓泵和氣化器進行實驗驗證。其中，加氫站設計總加氫量≥2000千克/日，全站整體峰值耗電功率≤150千瓦;加氫機額定加注壓力≥70兆帕，最大加注速度≥7.2千克/分鐘，使用溫度滿足零下40℃~零上85℃;形成液氫加氫站安全預警、完整性管理行業(yè)/國家規(guī)范或標準(草案)1~2項。

2.2 液氫轉注、輸運和長期高密度存儲技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對大規(guī)模液氫轉運和長期存儲過程中的經濟性和安全性需求，開展液氫高效轉注、輸運過程絕熱與安全性評價研究，具體內容包括：液氫儲罐充裝和灌注過程中熱管理與安全技術;大流量低閃蒸液氫輸送泵;液氫轉注管道低溫絕熱技術;液氫槽罐低溫絕熱技術，研制低蒸發(fā)率的運輸用液氫槽罐和固定式液氫加注站用液氫儲罐;研制液氫轉注成套設備，開展液氫儲罐充裝和灌注試驗驗證，形成操作規(guī)程。

考核指標：液氫泵，流量≥20立方米/小時，揚程≥100米，效率≥70%;液氫轉注低溫管道，使用壓力0.6兆帕，長度≥20米，液氫溫區(qū)漏熱率≤2瓦/米(管路內徑≥80毫米)，使用壽命≥5年;液氫轉注過程的熱力學仿真軟件，蒸發(fā)率預測偏差≤15%;儲氫罐低溫絕熱材料選型及絕熱性能設計仿真軟件，漏熱量預測偏差≤15%;液氫運輸槽罐，容積≥50立方米，液氫靜態(tài)日蒸發(fā)率≤0.7%，維持時間≥20天，真空壽命≥5年;站用液氫儲罐，容積≥30立方米，液氫靜態(tài)日蒸發(fā)率≤0.5%;完成液氫儲罐充裝和灌注試驗驗證，形成相關行業(yè)/國家規(guī)范或標準(草案)2項。

2.3 高可靠性高壓儲氫壓力容器的設計制造技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對制氫工廠、加氫母站的高安全、高密度、低成本氫氣儲存重大需求，開展大容量高壓儲氫壓力容器可靠性設計制造技術研究。具體內容包括：超高強度、高韌性壓力容器用鋼的氫相容性試驗與評價、材料成分組織及性能調控技術;鋼質儲氫壓力容器基于風險與壽命的設計技術、低泄漏率高壓密封技術;大壁厚鋼質儲氫壓力容器高可靠性建造技術;大容積大壁厚儲氫壓力容器缺陷無損檢測與安全評估技術。

考核指標：研制出25兆帕以上鋼質儲氫壓力容器，單罐儲氫容量≥700千克氫氣，泄漏率≤10-7(帕·立方米)/秒(檢測方式：GB/T15823-2009標準)，并進行工程示范應用;開發(fā)出超高強度、高韌性、可焊接鋼板材料，抗拉強度≥800兆帕、零下40℃時的沖擊吸收能量≥100焦耳;開發(fā)出與鋼板配套的鍛件和焊接材料，達到焊縫和鋼板在高壓氫氣環(huán)境下具有同等性能;形成大容積鋼質高壓儲氫壓力容器材料開發(fā)、結構設計、制造工藝控制、缺陷無損檢測與安全評估等新技術方法不少于10項，儲氫容器焊縫內表面裂紋深度檢測靈敏度小于等于0.5毫米，焊縫內部體積性缺陷檢測靈敏度小于等于直徑0.5毫米;制修訂相關技術標準(送審稿)2項。

2.4 基于液態(tài)載體的可逆儲放氫關鍵材料與應用技術(基礎研究類，青年科學家項目)

研究內容：為利用現(xiàn)有液態(tài)燃油輸送管道或運輸車輛，實現(xiàn)高效、安全和大規(guī)模氫運輸，達到降低氫儲運成本的目的，研發(fā)可循環(huán)的高密度液態(tài)載體的儲放氫技術。具體內容包括：新型高密度無機液態(tài)或有機液態(tài)、漿態(tài)儲氫載體的規(guī)模制備技術;釋放氫氣中雜質的抑制/過濾方法;高效脫/加氫催化劑的研制;基于液態(tài)載體的移動式儲氫系統(tǒng)的儲放氫工藝控制技術及試驗驗證。

考核指標：液態(tài)載體儲氫系統(tǒng)的可循環(huán)儲氫密度按質量計≥5.5%，儲氫壓力≤1兆帕，液態(tài)載體經200次循環(huán)的利用效率≥80%;在站制氫反應器工作溫度≤250℃，儲氫和放氫速率均≥3克/分鐘，單次循環(huán)制氫量≥600克氫氣，出口端氫氣純度按質量計≥99.99%;儲氫和放氫用催化劑能穩(wěn)定運行≥200次循環(huán);掌握儲放氫過程中儲氫系統(tǒng)的質能傳遞特性，并提出高密度儲氫裝置的氫—熱耦合設計方法。

2.5 基于固態(tài)新材料的可逆儲放氫技術(基礎研究類，青年科學家項目)

研究內容：針對高效、高安全和大規(guī)模氫儲運的需求，探索固態(tài)儲氫新材料/新體系及其儲放氫技術。具體內容包括：新型金屬有機骨架(MOFs)、共價有機骨架(COFs)、層狀結構化合物等高密度儲氫材料及其規(guī)模制備技術;不低于液氮溫度下的儲氫熱力學與動力學性能及儲放氫機制;建立儲氫性能的理論預測模型;釋放氫氣中雜質的種類、含量和抑制/過濾方法。

考核指標：研制可逆固態(tài)儲氫新材料/新體系及其儲氫裝置，實現(xiàn)百克級/批次的材料制備，儲氫裝置在不低于液氮溫度下的儲氫密度按質量計≥7%，儲氫壓力≤10兆帕，釋放的氫氣純度按質量計≥99.99%，200次循環(huán)利用效率≥90%;儲氫性能理論預測數(shù)值與實驗數(shù)值的偏差率≤10%。

2.6 加氫站用新型氫壓機核心理論及關鍵技術技術(基礎研究類，青年科學家項目)

研究內容：為實現(xiàn)管網及液氫供給場景下加氫站內高效、安全、緊湊的氫氣增壓工藝，降低增壓成本，圍繞新型離子液體氫氣壓縮機核心理論及關鍵技術展開研究。具體內容包括：離子液體熱物理特性、離子液體與氫氣相互作用機理、氣—液界面形態(tài)演變規(guī)律研究;離子液體—氫氣兩相增壓過程微觀熱力特性及宏觀工作過程研究;高效離子液體分離特性及裝置設計技術;離子液體壓縮機能量匹配策略及整機設計技術;離子液體壓縮機關鍵部件及整機研發(fā)。通過本項目研制滿足70兆帕加氫站需求的離子液體氫氣壓縮機。

考核指標：建立離子液體壓縮機壓縮過程熱力學和動力學模型，全工況范圍內效率平均預測誤差≤5%，最大預測誤差≤10%;構建離子液體壓縮機設計方法，研制離子液體壓縮機原理樣機：排氣壓力≥90兆帕，進氣壓力≥0.5兆帕，在1兆帕處的排氣流量≥200標準立方米/小時，效率≥65%;進行穩(wěn)定運行試驗≥200小時(惰性氣體介質);研制離子液體分離器，分離效率≥88%;與離子液體壓縮機相關的標準規(guī)范不少于2項。

2.7 純氫與天然氣摻氫長輸管道輸送及應用關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對氫氣長距離、大規(guī)模安全輸送需求，重點突破高壓力純氫與天然氣摻氫管道輸送關鍵技術、形成純氫/摻氫長輸管道科技試驗平臺，增強純氫與天然氣摻氫管道輸送安全運行保障能力。具體內容包括：不同壓力等級、不同管材與焊縫對純氫/摻氫輸送的相容性，服役環(huán)境對管材及焊縫性能與損傷的影響規(guī)律，臨氫管道焊接等連接技術;天然氣管道與關鍵設備摻氫適應性，純氫/摻氫長距離管輸工藝，大流量摻氫與分離裝備;高壓純氫及摻氫管道和關鍵設備的監(jiān)測檢測、動態(tài)風險評價與壽命預測方法;純氫及摻氫管道和關鍵設備的事故演化規(guī)律、完整性管理和安全防范技術;研制純氫/摻氫管道輸送應用科技試驗平臺。

考核指標：研發(fā)大流量摻氫裝備：摻混比例5%~20%，氫氣組分控制精度≤1%，研發(fā)大流量分離裝備：流量≥100標準立方米/小時，氫氣分離純度≥99.999%;開發(fā)管輸工藝、壽命預測和完整性管理軟件各1套;建成可適應于純氫/摻氫服役工況的內檢測技術裝備，裂紋檢測精度≤0.5毫米，裂紋檢出率≥90%;形成純氫/摻氫管道長距離輸送相關材料、管輸工藝、檢驗檢測、安全評價、完整性管理等國家/行業(yè)規(guī)范或標準(送審稿)不少于6項;實現(xiàn)純氫/摻氫管道輸送應用的科技試驗平臺：輸氣壓力≥6.3兆帕，長度≥10千米，管徑≥500毫米，可同時開展至少三類不同規(guī)格管道的測試，測試溫度范圍零下40℃~零上60℃，具備測試管路典型部位裂紋和氫泄漏在線檢測(快速定位)功能，輸氫能力≥10萬噸/年(純氫管道)，摻氫比例5%~20%(摻氫管道)，氣密性試驗在1.1P(設計壓力)下泄漏率≤0.3%/小時(試驗時間24小時)，安全運行90天。

3.氫能便捷改質與高效動力

3.1 兆瓦級發(fā)電用質子交換膜燃料電池堆應用關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對質子交換膜燃料電池在發(fā)電領域兆瓦級應用需求，突破關鍵材料國產化、零部件和電堆批量化制造一致性和制造效率瓶頸，開展高效率、大功率質子交換膜燃料電池電堆設計、工程化制造技術研究。具體包括：面向大功率單體電堆的國產化自主材料，開發(fā)膜電極、雙極板等關鍵零部件及其工程化制造技術;研究大功率電堆結構設計、工作條件和裝配工藝對電堆效率、壽命及水熱管理的影響規(guī)律，設計具有高效燃料分配、熱管理能力和高燃料利用率電堆，適應發(fā)電等領域兆瓦級應用的高效率、大功率運行工況;研究高一致性、高效率電堆組裝集成工藝及裝備，滿足批量化制造需求，為商業(yè)化應用奠定基礎。

考核指標：質子交換膜燃料電池單體電堆功率≥1兆瓦、電效率≥60%，年產能≥200臺。其中，氣體擴散介質抗縱向彎曲模量≥10000兆帕，電導率≥1600西門子/米，接觸電阻≤5毫歐姆·平方厘米;在空氣端壓力不高于150千帕絕對壓力的情況下，膜電極在0.4安培/平方厘米電流密度處的電壓≥0.80V、額定工作點電壓衰減率在40000小時內≤10%(實際測試8000小時，性能衰減≤4%);密封件成型精度偏差≤0.02毫米，氫氣外泄漏率每秒≤5×10-8帕·立方米;雙極板平面厚度差≤20微米，電導率≥200西門子/厘米，在200千帕氦氣檢測條件下的氣體滲透率≤0.2微升/(平方厘米·分鐘)，在0.6兆帕壓力下的接觸電阻≤5毫歐姆·平方厘米;電堆最高工作溫度≥95℃，支持零下30℃低溫啟動，電堆壽命≥40000小時(實際測試10000小時，性能衰減≤5%)。

3.2 百千瓦級固體氧化物燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)應用關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容：面向以天然氣及摻氫天然氣為燃料的大功率固體氧化物燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)的應用需求，針對大功率電堆批量制造、衰減過快、系統(tǒng)熱管理困難等問題，開展高可靠性固體氧化物電堆工程化技術與大功率系統(tǒng)集成研究。具體包括：高可靠、長壽命電堆及其批量生產工藝及裝備;電堆模塊化放大策略與技術;集成燃料重整器、燃燒器、換熱器和蒸發(fā)器等關鍵部件的高緊湊熱平衡系統(tǒng);大功率系統(tǒng)集成，運行安全控制策略與在線運行優(yōu)化控制方法。

考核指標：使用摻氫天然氣的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，采用摻氫濃度為0%~15%(體積分數(shù))的天然氣作為燃料時交流輸出功率≥100千瓦，在不超過750℃運行條件下初始發(fā)電效率在0.4安培/平方厘米電流密度處≥65%(直流凈效率)，熱電聯(lián)供低熱值效率≥85%，長期穩(wěn)定運行時間≥3000小時(實測)，測試后在750℃運行條件下發(fā)電效率在0.4安培/平方厘米電流密度處≥60%(直流凈效率)，設計使用壽命≥40000小時。其中，單熱區(qū)模組功率≥25千瓦;單電堆多樣本(至少3個)在大于0.4安培/平方厘米的電流密度下長期穩(wěn)定運行時間不少于4000小時(實測)，每1千小時衰減率≤15毫歐姆·平方厘米、衰減率偏差≤5毫歐姆·平方厘米;年產能≥10兆瓦，成品率≥95%。

3.3 質子交換膜燃料電池與氫基內燃機混合發(fā)電系統(tǒng)技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對重載裝備和分布式供電設備的高效靈活電源需求，開展質子交換膜燃料電池—氫基燃料內燃機混合發(fā)電系統(tǒng)關鍵技術研究。具體包括：單一現(xiàn)場氫基燃料(氨、醇、摻氫天然氣等)的在線改質、純化與實時調控技術及現(xiàn)場氫源總成研制，富氫和/或純氫燃燒與循環(huán)調控技術及其內燃機研制，燃料電池系統(tǒng)—內燃機能量耦合機制及核心器件研制，現(xiàn)場氫源—燃料電池—氫內燃機全系統(tǒng)聯(lián)合熱力循環(huán)設計及建模仿真，發(fā)電系統(tǒng)各單元內部狀態(tài)識別及動態(tài)工況調控策略，燃料電池—內燃機混合動力系統(tǒng)結構集成設計方法。

考核指標：質子交換膜燃料電池—氫基內燃機混合發(fā)電系統(tǒng)，單個模塊發(fā)電額定功率≥150千瓦、總功率≥220千瓦，發(fā)電效率≥45%，0%~100%負荷響應時間≤1分鐘，連續(xù)運行≥1000小時;燃料電池—熱機混合發(fā)電系統(tǒng)設計仿真軟件1套，滿足質子膜燃料電池—氫內燃機混合發(fā)電系統(tǒng)模擬與仿真需求，模型預測燃料電池性能與實驗結果誤差≤10%。

3.4 燃料電池測試技術及關鍵零組件研制(共性關鍵技術類)

研究內容：針對長壽命燃料電池工作狀態(tài)的高精度診斷需求，開發(fā)燃料電池綜合診斷技術，突破測試用關鍵零部件及測試裝備成套技術。具體包括：燃料電池單體、電堆、系統(tǒng)的性能及壽命綜合測試臺;測試臺壓力、流量、溫濕度等多物理量耦合規(guī)律及高精度、快速響應加濕系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng);測試臺用高精度濕度傳感器、流量傳感器、質量流量控制器及背壓閥制造技術;燃料電池高低壓交流阻抗在線測試技術;大功率電子負載的電壓電流精確測量及控制技術;測試臺主控系統(tǒng)的工況模擬、自動流程控制、實驗數(shù)據管理、云數(shù)據服務、大數(shù)據分析等模塊集成技術。

考核指標：質子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池單體測試臺功率≥100瓦，氣體質量流量控制器精度偏差≤0.6%;質子交換膜燃料電池電堆測試臺功率≥300千瓦，質量流量控制器精度優(yōu)于0.5%，控溫范圍在零下40℃~零上150℃、控制精度優(yōu)于±1℃;固體氧化物燃料電池電堆測試臺功率≥25千瓦，氣體質量流量控制器精度偏差≤0.5%，最高測試溫度≥1200℃、控制精度優(yōu)于±3℃，具備固體氧化物電解池測試功能;質子交換膜燃料電池系統(tǒng)測試臺功率≥300千瓦，質量流量控制器精度偏差≤0.5%，熱管理系統(tǒng)控溫范圍在零下40℃~零上150℃、控制精度優(yōu)于±1℃;大功率電子負載功率≥200千瓦、效率≥96%;上述測試臺的電壓及電流精度偏差≤0.5%;大功率交流阻抗在線測試裝備可覆蓋電堆與系統(tǒng)測試臺全功率范圍，精度偏差≤0.5%，應用≥10套。

3.5 摻氫/氨清潔高效燃燒關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對發(fā)電深度減碳與清潔供暖的需求，研究氫、氨等富氫燃料與含碳燃料摻燒的清潔高效燃燒關鍵技術。主要包括兩條技術路線：

(1)氫、氨、天然氣摻混燃氣燃燒特性、反應機理及診斷方法;富氫摻混燃料的燃燒器動態(tài)工況燃燒特性、污染物生成特性與預測模型;摻混燃料燃燒強化機制與寬范圍調節(jié)、低NOx排放燃燒器優(yōu)化設計策略與高效清潔燃燒技術;基于不同摻混比例穩(wěn)燃的摻氫/氨燃氣高效清潔燃燒技術及設備兼容性;摻氫和摻氨燃氣兆瓦級燃燒器工業(yè)試驗;氫、氨等富氫燃氣供暖系統(tǒng)模擬與能量管控平臺。

(2)氫、氨、煤摻混燃料的多相混合、多場耦合燃燒特性與反應機理;富氫摻混燃料的氣固兩相燃燒器穩(wěn)燃特性與操作參數(shù)優(yōu)化、污染物生成特性及預測模型;氣固兩相摻混燃料燃燒強化機制、低NOx排放燃燒器改進設計策略與高效清潔燃燒工藝包;基于不同摻混比例、摻混方式的摻氫、氨燃煤高效清潔燃燒技術及設備兼容性;摻氫、氨燃煤燃燒技術在大容量鍋爐的工程驗證。

考核指標：兩條技術路線分別對應以下考核指標，

(1)兆瓦級摻氫、摻氨燃氣燃燒器，熱負荷≥1.0兆瓦，在尾氣中3.5%氧氣濃度條件下、當最高摻氫比例不低于70%時燃燒器出口NOx排放≤50毫克/標準立方米，在尾氣中3.5%氧氣濃度條件下、當最高摻氨比例不低于30%時燃燒器出口NOx轉化率≤5%;摻氫天燃氣鍋爐驗證性工程，摻氫比≥20%，鍋爐負荷≥1.0兆瓦，NOx排放低于30毫克/標準立方米，N2O低于10毫克/標準立方米，CH4低于5毫克/標準立方米，穩(wěn)定運行大于168小時;形成1~2項國家或行業(yè)標準(征求意見稿);建立摻氫、摻氨燃料的燃燒活性中間產物及穩(wěn)定產物實驗診斷方法，測量誤差≤10%;建立摻氫、摻氨燃氣燃燒生成CO、NOx、有機污染物的預測模型，預測誤差≤20%。

(2)兆瓦級摻氫/氨氣固兩相燃燒器累計運行不低于1000小時，熱負荷≥1.0兆瓦;30兆瓦級摻氫/氨氣固兩相燃燒器，熱負荷≥30兆瓦，實現(xiàn)氫/氨摻燒比例(熱量比)≥25%，燃燒器出口氨的NOx轉化率≤0.5%;完成蒸發(fā)量每小時600噸等級以上燃煤鍋爐工程驗證，實現(xiàn)摻氨比例(熱量比)5%~20%連續(xù)可調，爐膛出口氨的NOx轉化率≤0.5%，NOx排放低于50毫克/標準立方米(按6%基準氧含量折算)，鍋爐尾部煙氣氨逃逸濃度≤3ppm(摩爾比)，鍋爐效率≥91%，20%摻氨工況穩(wěn)定運行大于168小時;建立摻氫/氨燃煤燃燒生成CO、NOx的預測模型，預測誤差≤20%。

3.6 基于固體電解質的直接氨燃料電池技術(基礎研究類，青年科學家項目)

研究內容：面向緊湊可靠耐久的氨燃料電池系統(tǒng)應用需求，研發(fā)高功率密度、耐冷熱循環(huán)的中溫或低溫直接氨燃料電池。具體包括：開發(fā)高性能、非鉑催化劑及可直接轉化氨的電極結構，研究電極特性對氨轉化與電極性能的影響規(guī)律;開發(fā)耐冷熱循環(huán)的電池及其低成本制備技術，研究電極與電解質特性、運行條件對電池性能、壽命與冷熱循環(huán)性能的影響規(guī)律。

考核指標：開發(fā)出活性區(qū)面積≥25平方厘米的單電池，采用純氨為燃料、在≤700℃的條件下電池峰值功率密度≥0.7瓦/平方厘米，電池耐冷熱循環(huán)次數(shù)≥30次，連續(xù)穩(wěn)定運行≥500小時。

3.7 聚合物膜燃料電池非貴金屬催化的電極設計與應用關鍵技術(基礎研究類，青年科學家項目)

研究內容：針對聚合物膜燃料電池低成本應用需求，探索高性能非貴金屬催化劑及催化層設計、制備技術及評價方法，實現(xiàn)非貴金屬催化電極性能驗證。具體包括：非貴金屬燃料電池陰極催化劑原子、分子尺度活性中心解析及高一致性宏量制備技術;非貴金屬催化膜電極三相界面優(yōu)化與制備技術;非貴金屬催化膜電極結構強化及壽命保障技術，非貴金屬催化膜電極測試評價體系。

考核指標：單批次產量≥10克，不同批次電性能偏差≤5%;驗證性非貴金屬催化電堆功率不低于1千瓦。其中，非貴金屬氧還原催化劑在0.9伏電壓處(相對于RHE電位，不計歐姆損失)的活性≥0.044安培/平方厘米;膜電極氧還原催化劑載量≤4毫克/平方厘米，氫—空條件下在0.9安培/平方厘米電流密度對應的單池電壓≥0.675伏，在0.7伏恒電位下測試超過500小時后、電流密度保持率不低于初始值的75%。

3.8 燃料電池系統(tǒng)用先進空氣壓縮機技術(基礎研究類，青年科學家項目)

研究內容：針對氫能重型載運、分布式發(fā)電用的燃料電池系統(tǒng)對高效率、長壽命的穩(wěn)定供氧器件需求，探索適用于大功率燃料電池系統(tǒng)的先進空氣壓縮機設計及制造技術。具體包括：高效率、大流量、低波動的壓縮結構設計;耐磨蝕、長壽命、無雜質的壓縮腔室材料工藝;高工況適應性的系統(tǒng)機電耦合控制方法;全工況的系統(tǒng)噪聲抑制技術。

考核指標：研制出適用于燃料電池系統(tǒng)的大流量空壓機樣機：額定流量≥150克/秒，最高壓縮比≥3.5，出口壓力波動偏差在10毫秒內≤1%，常用工況最高等熵效率≥90%，全工況最高噪聲≤70分貝，空壓機排氣不含有異于吸氣的雜質組分(測試標準符合ISO8573)，啟停次數(shù)≥2萬次(實測)，預期壽命≥10000小時。

4.”氫進萬家“綜合示范

4.1 中低壓氫氣管道固態(tài)儲氫系統(tǒng)及其應用技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對以灰氫和藍氫為主要氫源的高碳排放生產過程，研發(fā)基于低成本儲氫材料的大容量儲放氫系統(tǒng)，實現(xiàn)對管輸綠氫的高效儲存和特定用氫場景的供氫匹配，達到降低碳排放的目的。具體內容包括：以低成本儲氫材料為工質的高密度高安全儲氫床單體的設計和均一化制備技術;儲氫系統(tǒng)的傳質傳熱特征與優(yōu)化集成技術;儲氫系統(tǒng)循環(huán)性能的衰減原因及穩(wěn)定化方法;儲氫系統(tǒng)在中低壓氫氣管道的增壓和減壓響應特性;搭建可在化工、冶金兩種典型用氫生產過程中儲氫系統(tǒng)應用的驗證平臺。

考核指標：儲氫系統(tǒng)：儲氫量≥500千克，儲存1千克氫氣的成本≤10000元，儲氫壓力≤5兆帕，輸入氫氣純度為95%時輸出氫氣純度≥99.97%，吸氫速率最大值≥5.0千克氫氣/分鐘，吸氫壓力在1兆帕~5兆帕，供氫速率最大值≥1.0千克氫氣/分鐘，供氫壓力在0.2兆帕~4兆帕范圍內連續(xù)可調，經2000次吸/放氫循環(huán)后儲氫容量保持率≥90%。其中，儲氫材料：儲氫密度≥70千克氫氣/立方米，材料成本≤100元/千克，在低于100℃時材料的儲氫密度≥2.0%，可逆放氫量≥95%。