质子交换膜燃料电池关键技术标准专项研究取得阶段性成果

摘要：质子交换膜燃料电池是国内外大力研究发展的新型动力源，我国在开展科技攻关的同时，安排了相关关键技术标准的研究制定，旨在体现标准早期介入科技成果产业化，与国际接轨的理念。本文介绍了质子交换膜燃料电池技术标准研究已取得的阶段性成果；提出了针对正在发展的质子交换膜燃料电池技术的标准体系及标准制定的原则；强调了对于正在快速发展的质子交换膜燃料电池技术研发中，标准研究工作要处理好与国家科技攻关成果转化的关系，与国际标准动态接轨的关系以及如何将具有自主知识产品专利技术纳入标准的关系。
　　关键词：燃料电池、质子交换膜、标准
　　
　　一、概述
　　“质子交换膜燃料（简称PEMFC）电池关键技术标准研究”是由机械工业北京电工技术经济研究所、大连新源动力股份有限公司和中科院大连化物所共同承担的国家“十五”重大科技专项“重要技术标准研究”中“新能源和可再生能源关键技术标准研究”课题（2002BA906A12）的子项。预计建立PEMFC标准体系、制定相关的术语、电池组、电池系统、便携式PEMFC等4项标准，同时开展部分关键检测技术的研究。
　　近年来，环境与能源日益受到人类的关注。燃料电池与信息技术、生物技术并列被公认为是新世纪全球可持续发展的三大支柱技术。燃料电池因其高效、低污染和可连续工作的特点，作为前景最为光明、长远的代用能源得到了迅猛发展。质子交换膜燃料电池作为其中之一，因可以做到真正的零排放、无污染、工作温度低、适宜于频繁启动场合、具有比其他类型的燃料电池更高的功率密度等优点，倍受各国的关注。
　　世界上已经掀起PEMFC研发的热潮，研究成果不断出现，商业化进程正在加快。国内外已经研制成功的PEMFC达40余种。国外大的汽车公司和石油公司对燃料电池的研究开发极为重视，美国、加拿大、德国、日本等国家组成强大的跨国联盟投巨资从事研究开发。在通讯移动电源领域，摩托罗拉公司、日立、东芝等公司都参与燃料电池作为移动通讯电源的开发。美国将燃料电池技术列为27项涉及国家核心竞争力技术之一；加拿大将燃料电池列为二十一世纪支柱产业之一；日本将燃料电池技术看作是二十一世纪能源/环境领域的核心技术。
　　国际电工委员会（IEC）最近两年在燃料电池领域特别活跃，开展了7项国际标准草案起草，说明了国际市场对燃料电池标准的需求。
　　我国“九五”、“十五”期间都把PEMFC及其相关技术作为重大项目列入国家科技攻关项目，包括“863”燃料电池汽车重大项目计划，并已取得阶段性成果，已取得几十项拥有自主知识产权的专利技术，正在加快科技成果产业化的进程。
　　正是在这种形势下，PEMFC标准的同步研究也同样受到国家“重要技术标准研究”专项的支持。
　　二、 取得的阶段性成果
　　经过项目工作组10个月的研究工作，目前已完成“PEMFC标准体系”和“PEMFC术语”的草案一稿、草案二稿、项目工作组的专家研讨会、网络征求意见等工作，征求意见稿将于11月底前发送行业征求意见。另外三项标准已完成国内调研和收集资料工作，进入标准起草阶段。
　　三、项目研究进展
　　根据项目制定的在已取得科技成果的基础上，在充分进行调研的基础上，运用拥有自主知识产权技术，制定我国新能源和可再生能源领域中PEMFC关键技术标准和标准体系研究的技术路线，工作组开展了积极的研究工作。标准体系要在对国内外情况进行充分调研的基础上，参考国际标准研究动态，开展标准体系和关键技术标准的研究。在项目实施中，工作组根据不同标准的特点开展工作。
　　（1）体系编制
　　在建立体系的研究工作中，工作组始终贯彻三个原则，即系统理论的原则、考虑将来发展的成套原则和与国际接轨的原则，并将三个原则始终贯穿于项目调研、草案起草、专家研讨的全过程。
　　编制PEMFC技术标准体系的理论依据是系统原理。该原理表明“技术标准体系的效应，不是直接地从每个标准本身，而是从组成系统的标准集合中得到的，并且这个效应超过了技术标准个体效应的总和”。为了获得最佳的系统效应，工作组选择从整体到局部的编制模式，使技术标准体系的要素都按照一定的次序排列和组合，使之结构清晰、有序性高、整体性强、功能明确。这是系统论的基本原则在标准化工作中的具体应用。考虑发展和全面成套原则，是指既要考虑现有的科学技术成果运用，更要考虑科技新技术、新产品的产生，要在技术标准体系中为它们留下发展空间，使得标准体系能不断更新与充实。这对于国内外方兴未艾的质子交换膜燃料电池特别适用。与IEC及其它相关国际标准同步与接轨是编制PEMFC技术标准体系的第三个原则，虽然到目前为止尚没有一项燃料电池的IEC标准出版物，但国际组织和国外著名大公司对燃料电池标准的研究特别活跃，除了目前正在起草的7项国际标准，还在陆续开展新的工作项目。工作组在调研中特别注意通过电子邮件、电话、网络等多种方式与国内外研究机构、IEC技术委员会、IEC燃料电池工作组保持联系，重点研究IEC正在制定和将要开展的国际标准草案的框架结构，了解国际燃料电池标准的发展走向，研究国外著名燃料电池公司，如加拿大巴拉德公司等对已开发燃料电池产品分类的指导思想，了解国际同行的普遍做法，从标准体系研究开始就注重与国际接轨。
　　（2）术语标准起草
　　制定术语标准遵循两个原则，一是密切关注国际标准动态，与国际标准同步与接轨；二是注重体现我国863计划等国家重大科技攻关项目已取得成果的运用，体现标准早期介入的理念。具体实施的技术路线如下：
　　一是密切跟踪国际标准制定动态，做到从标准制定的开始就与国际接轨；
　　二是注意收集我国863计划PEMFC研究开发取得的阶段性成果和我国获得自主知识产权专利技术中涉及到的专业术语。
　　由于到目前，还没有一项燃料电池的国际标准正式出版物，也由于世界各国燃料电池领域技术高度保密等因素，几乎找不到可供借鉴的、现成的国外公司企业标准资料、术语定义解释等，给PEMFC术语的收集分类及确切定义造成困难，增加了课题难度和工作量。术语标准起草工作组按照既定的技术路线，积极搜索材料，充分利用国家图书馆、中国期刊网、国际互联网、国内知名专家学者、企业咨询、IEC技术归口等几乎能想得到的各种方式，从大量的国内外专著、博士硕士论文、学术期刊论文、网络资料中获取信息，特别注意利用IEC正在起草中的标准草案，使我国标准的制定既和国际同步，又同时考虑了我国的实际情况和习惯表述。术语草案（第一稿）按产品构成和应用编排术语，主要分为基本术语、燃料和氧化剂系统、极与极板、电催化、质子交换膜、电池单体和电池组、燃料电池系统、控制和检测、应用等。
　　（3）产品标准制定关注取得自主知识产权与标准关系
　　PEMFC产品标准研究制定的原则，一是自始至终要考虑与国际标准接轨，在燃料电池产业化初期与国际接轨，有利于将来产品进入国际市场；二是要考虑将我国科技攻关项目已取得的自主知识产权纳入标准。标准起草组对标准可能涉及的内容进行了详细而认真的实验验证，包括：控制指标的测试、各部件生产阶段和装配阶段的尺寸设定、电堆装配的检测、碳板低压空气电池的实验和电池性能提高的方法及原材料和零部件加工方法的改进措施验证等，在制定国家标准时充分考虑了我国的自主知识产权。同时在测试方法的研究上，所用设备尽量自主开发和设计，以节约成本和我国自主知识产权的应用。
　　
　　四、项目实施中注意解决的几个关系
　　PEMFC国内外研发快、技术新、产品新的几个特点，决定了我们要充分考虑燃料电池技术的发展和动态，要用运动的观点来思考问题。在项目实施中，工作组始终关注和吸纳新技术，不断充实标准内容。这是本项目的重要特点，也是难点之一。
　　工作组自项目实施以来，一直关注如下几个关系的处理：
　　（1）与我国正在开展的科技攻关研究项目的关系
　　关注我国正在实施的关于燃料电池、电动汽车等重大科研攻关项目的进展与成果，及时将成果以及成果转化为产业化进程体现在项目中。本项目组的成员单位中科院大连化物所、大连新源动力股份有限公司以及其他项目组专家等都直接参加了国家科研项目工作，为本项目的信息沟通、阶段进展提供了方便。
　　（2）与国际接轨和国际标准化动态的关系
　　本项目在实施中，一方面力求与国际接轨；另一方面力求早期介入国际标准制定工作。目前已安排一位专家进入国际标准起草工作组参加工作，还在国际标准草案阶段积极提出意见，反映我国的技术经济利益，同时对IEC/TC105的新工作项目提出了修改建议。
　　（3）与我国已取得的自主知识产权的关系
　　截止到目前，我国质子交换膜燃料电池已取得专利三十余项，如何将具有自主知识产权的专利技术反映到标准中、如何处理两者之间的关系，是本项目下阶段要解决的主要问题之一。
　　本项目将按照国家科技部和“重要技术标准研究”专项管理办公室的要求，进一步做好项目研究制定工作。