研究背景与目的
2003年，美国国家标准与技术研究院（NIST）的制造工程实验室（MEL）旨在识别燃料电池大规模生产中关键制造问题，并调查是否需要制定国家燃料电池制造战略（NSFCM）。为此，NIST举办了一场研讨会，探讨了燃料电池制造技术发展的挑战、障碍和机遇。研讨会重点关注聚合物电解质膜（PEM）燃料电池和固体氧化物燃料电池（SOFC），因为这两种技术最接近大规模商业应用。燃料电池应用范围包括美国交通部门（尤其是汽车行业）以及固定式和便携式发电。
研讨会概况
研讨会于2003年12月8日在密歇根州迪尔伯恩举行，约有50名来自不同利益相关组织的参与者，包括PEM和SOFC制造商和供应商、相关政府机构、组织和学术机构。研讨会开幕前，NIST与汽车燃料电池行业进行了初步对话，以确定行业利益相关者并安排对相关公司的访谈。访谈结果报告在附录A中。
研讨会流程与议题
研讨会开始时，进行了四场主题演讲，分别由NIST、美国能源部（DOE）、德尔福和 Ballard Power Systems的代表主讲。随后，研讨会组织者进行了一项亲和分组图练习，让参与者确定重要问题并对其进行组织。参与者被要求写下燃料电池制造五大技术障碍，并将它们贴在墙上。参与者随后将这些笔记分类，并确定了四个主题，分别为：计量和标准、制造和组装、仿真和建模、材料和密封件。每个主题组由一名促进者领导，并配备一名记录员。
各主题组讨论结果
- 计量和标准组：该组主要关注标准化问题，包括制造过程环境、供应商关系等。建议NIST与行业、专业协会和学术界合作，定义重要的产品性能指标、表征方法、测试协议及其局限性，以及标准参考材料。NIST还可以建立测试平台，供行业在受控条件下进行测量。专业协会非常适合分发标准。
- 制造和组装组：该组认为，向大规模生产（例如汽车级别）的转变还为时过早，因为更好的燃料电池设计、可制造性设计方法和生产工程技术足以实现大规模生产。该组确定了可制造性设计（DFM）和生产工程领域的需求，并建议进行路线图练习，以编制非竞争性最佳制造工艺清单，确定实现大规模燃料电池生产的障碍，并提出通过通常的资金渠道（例如国家科学基金会（NSF）、DOE或国防部（DOD）的拨款）或作为 consortia 的一部分进行临时项目。
- 仿真和建模组：该组讨论了计算机建模和仿真在燃料电池开发和优化中的应用。虽然目前有许多努力集中在建模燃料电池的基本物理过程和控制，但该组认为还没有针对燃料电池制造的建模和/或仿真工作。该组认为，NSFCM可以提供一个分阶段开发建模工具的框架，具体如下：
- 近期：促进对现有仿真工具和流程的访问，以加速制造开发和提高效率。
- 中期：定义和支持建模和仿真工具的增强，以解决增加的制造公差和新型材料问题。
- 长期：定义模型和仿真开发策略，以优化燃料电池制造过程的效率。
- 材料和密封件组：该组认为，由于基本燃料电池材料尚未明确定义，燃料电池性能、耐久性和制造仍然高度不确定，因此燃料电池还处于开发的早期阶段，过早地讨论NSFCM是不合适的。然而，该组确实同意，其他国家政府和地区联盟正在积极解决燃料电池的发展问题，美国和北美有失去该技术领导地位的风险。该组认为，NIST可以在燃料电池材料和密封件开发的某些领域推动标准制定，并建议NIST在“学习分享”方面发挥作用，以促进非竞争性研发、测量和标准信息的分享。
研究结论与建议
各主题组重新召集并介绍了他们的结果，并就前进的道路进行了讨论。参与者对是否需要NSFCM存在分歧。一些人认为它还为时过早，因为缺乏稳定的产品和稳定的需求。然而，也存在共识，即有几个问题，特别是涉及计量标准和仿真，行业与政府之间的合作可以带来利益，从而推动燃料电池更快地走向商业可行性。
- 行业需要制定一套共同的燃料电池性能指标、标准和测量协议。
- 需要编制一份仿真模型清单，并使其可供行业和研究人员使用。
- 需要整合这些模型，以更好地理解系统交互作用，并了解制造过程参数及其变化对燃料电池系统性能的影响。
建议通过创建一个或多个具有非常狭窄的使命目标的consortia来解决具体的制造问题，例如一个用于PEM，另一个用于SOFC。建议consortia由行业参与者和国家实验室组成，并与现有的组织（如燃料电池委员会、固态能源转换联盟（SECA）和汽车工程师学会（SAE））进行协调和合作，并具有明确的、非重叠的目标。建议consortia的参与者应提供资金和实物支持，大学则应根据需要作为知识和研究资源参与。
