为什么氢氧燃料电池原理不能大批量生产?

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看上去很美的氢燃料电池为什么仍未被大范围应用于汽车呢?
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使用元素:
无污染,无噪音,高效率
适用领域:
汽车能源,航天能源等
绿“氢经济”
来源发展/氢燃料电池
汽车是人们生活中的重要交通工具,而汽车排放的又是造成日益严重的的重要原因,为此,人们急需寻找一种代用燃料。科学家经过几十年的精心研究发现,用氢燃料电池作汽车动力无污染环境的有害成份。因此,使用氢燃料电池的汽车才是名副其实的“绿色燃料”汽车。据报道,在政府的下,戴姆勒—克莱斯勒公司和公司1999年初公布了把这个岛国变为世界上第一个“氢经济”的国家计划——最终用无污染的氢能源取代所有小轿车、公共汽车上使用的和。目前,德国已经陆续推出了各种燃。过去,人们总以为氢气是一种元素,很少把它作为来看待。自从出现了火箭和氢弹之后,氢气又变成了航天和核武器的重要材料,现在又将其制成氢燃料电池,为人们提供电能。
发电原理/氢燃料电池
氢燃料电池发电的基本是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极。氢燃料电池与普通电池的区别主要在于:干电池、蓄电池是一种储能,是把电能贮存起来,需要时再释放出来;而氢燃料电池严格地说是一种发电装置,像发电厂一样,是把化学能直接转化为电能的电发电装置。另外,氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成,这是氢燃料电池的一项关键技术,它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面,还要对电池的化学反应起催化。
存在优势/氢燃料电池
无污染氢燃料电池燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式——最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的。 无噪声 燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的。这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的。 高效率燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间。
应用领域/氢燃料电池
20世纪60年代,氢燃料电池就已经成功地应用于航天。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后,随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术,很快,氢燃料电池就被运用于发电和。氢燃料电池大型电站,无论是水电、火电或核电,都是把发出的电送往电网,由电网输送给。但由于各用电户的负荷不同,电网有时呈现为高峰,有时则呈现为低峰,这就会导致停电或电压不稳。另外,传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的上,燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电,是将燃料的化学能直接转换为电能,不需要进行燃烧,可达60%~80%,而且污染少、噪音小,装置可大可小,非常。氢的化学特性活跃,它可同许多金属或合金化合。某些或合金吸收氢之后,形成一种金属氢化物,其中有些金属氢化物的氢含量很高,甚至高于液氢的密度,而且该金属氢化物在一定温度条件下会,并把所吸收的氢释放出来,这就构成了一种良好的贮氢。随着制氢技术的发展,氢燃料电池离我们的生活越来越近。到那时,氢气将像煤气一样通过管道被送入千家万户,每个用户则采用金属氢化物的贮罐将氢气贮存起来,然后连接氢燃料电池,再接通各种用电。它将为人们创造舒适的生活,减轻繁重的生活事务。但愿这种清洁方便的新型能源——氢燃料电池早日在人们日常中。
汽车应用/氢燃料电池
20辆中国自主研制的氢燃料电池轿车在同济大学新能源汽车中心举行赴京发车仪式,它们将在奥运会中投入运营。这20辆氢燃料电池轿车是基于车型,通过改制和集成最新一代燃料电池轿车动力系统平台而成功研发出来的。它们以氢气为能源,经氢氧反应生成水,真正实现零污染。氢燃料电池轿车加一次氢可跑300多公里,时速达每小时140~150公里。目前,氢燃料电池轿车比同内燃机车重200多公斤,贵5倍以上。长18米的氢燃料电池巴士氢燃料电池车的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电路,到达燃料阴极板,从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地电能。燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上。与传统汽车相比,燃料电池车能量转化效率高达60~80%,为内燃机的2~3倍。燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车,氢燃料是完美的汽车!氢燃料电池车的优势毋庸置疑,劣势也是。随着科技的,曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善,然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。目前氢燃料电池的成本是普通的100倍,这个价格是市场所难以承受的。据悉,这批氢燃料电池车,最大输出功率高达60千瓦,燃料消耗仅为每百公里1.2公斤氢气,大约相当于4升93号。尿液提取氢燃料 汽车迎来新来源美国化学家日前研制出一种催化剂,可以从尿液中提取出氢燃料。据(Chemistry World)杂志称,这种不仅能的氢燃料汽车,而且还有助于处理市政污水。
飞机应用/氢燃料电池
燃料电池工作原理 燃料电池(Fuel Cell),是一种发电装置,但不像一般非充电电池一样用完就丢弃,也不像充电一样,用完须继续充电,燃料电池正如其名,是继续添加燃料以维持其电力,所需的燃料是「氢」,其之所以被归类为新能源,就在此。 燃料电池的运作原理(如图1),也就是电池含有阴阳两个电极,分别充满电解液,而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由燃料电池的阳极进入,氧气(或空气)则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用,使得阳极的氢原子分解成两个氢质子(proton)与两个电子(electron),其中质子被氧『吸引』到薄膜的另一边,电子则经由外电路形成电流後,到达阴极。在阴极催化剂之作用下,氢质子、氧及电子,发生反应形成水分子,因此水可说是燃料电池的排放物。 燃料电池所使用的「氢」燃料可以来自於任何的碳氢化合物,例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、水的、沼气…等等。由於燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应,产生电流及水,不但完全无污染,也了传统电池充电耗时的问题,是目前最具发展前景的新能源方式,如能普及的应用在车辆及其他高污染之发电工具上,将能改善空气污染及温室效应。 时速百公里 波音公司于日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机。波音公司称这在世界航空史上尚属首次,预示航空工业未来更加。但波音承认,这一技术不太可能为大型客机提供主要动力。 波音公司于2008年2月至3月3次在西班牙奥卡尼亚镇进行试飞,成功试飞具有历史意义。 小型飞机起飞及爬升过程使用传统电池与氢燃料电池的混合电力。爬升至海拔1000米巡航高度后,飞机切断传统电池电源,只靠氢燃料电池提供动力。飞机在1000米高空飞行了约20分钟,时速约100公里。这一技术对波音公司意义重大,也让航空工业的未来“充满绿色希望”。 小型飞机由奥地利“钻石”(Diamond)双座螺旋桨动力滑翔机而成,飞机内安装了质子交换膜燃料电池和锂离子电池。小型飞机翼展16.3米,机身长6.5米,重约800公斤,可容纳两人。试飞过程中,机上只有一人。 在机舱内,传统电池安放于唯一的乘客座位上,飞行员背后有一个类似潜水员使用的氧气罐。波音公司说,这架飞机连续飞行时间最长45分钟,“不会产生任何噪音”。氢燃料电池通过氢转化为水的产生电流,不产生温室气体。除热量外,水蒸气是氢燃料电池产生的唯一副产品。 波音的氢燃料电池飞机带来技术突破,但“波音(欧洲)研究与技术”部称,氢燃料电池可以为小型飞机提供飞行动力,但不太可能为大型客机提供主要动力。这一技术可能为大型飞机提供辅助动力,但这需要突破。 技术局限性  在价格上涨、环境污染与全球变暖的情况下,对更清洁、更安全、效率更高的交通工具的需求快速增长。 波音的氢燃料电池飞机带来技术,但波音(欧洲)研究与技术部负责人埃斯卡蒂说,氢燃料电池可以为小型飞机提供飞行动力,但不太可能为大型客机提供主要动力。 波音公司负责试飞工作的工程师涅韦斯·拉佩纳说,这一技术可能为大型飞机提供动力,但这需要技术突破。公司说,将继续开发氢燃料电池的潜力,以改善环境。 国际能源机构说,推广使用氢气和氢燃料电池,可减少石油、天然气、煤炭这三种可产生温室气体的消耗。
区别介绍/氢燃料电池
、是一种储能装置,是把电能贮存起来,需要时再释放出来;而氢燃料电池严格地说是一种发电,像发电厂一样,是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外,氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成,这是氢燃料电池的一项关键,它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面,还要对电池的化学反应起催化。
中国研发/氢燃料电池
日,向全世界宣告,由“东岳”自主研发的氯碱用、燃料电池膜实现国产化。历经8年科研攻关,东岳集团100%国产化的全氟离子膜,在万吨级氯碱装置上一次通电成功,打破了、日本长期对该项技术的垄断,这标志着中国成为全球第三个拥有氯碱离子膜核心技术和生产能力的。 与此同时,“东岳”完成的用于制造燃料电池核心材料磺酸树脂离子膜,年产500吨的生产装置已经建成投产,解决了氢燃料电池生产的重大瓶颈。中国由此成为世界上第二个拥有该项技术和产业化能力的。
市场前景/氢燃料电池
相对于汽车市场,燃料电池在中小功率领域的应用更具备快速商业化的前景,中小功率电源市场目前具有上千亿的市场容量。这些市场主要集中在小型电动车辆、辅助电源、备用电源、野外电源等。这些应用对于性能有较高的要求,因此十分有利于燃料电池的应用。
发展现状/氢燃料电池
据储能国际峰会获悉,作为真正意义上“零排放”的清洁能源,氢燃料电池在发达国家的应用正在。日本将于2015年前建成100座加氢站,已建成13座,欧盟在近期通过了增加燃料电池巴士项目;现代汽车ix35燃料车批产型号已于2012年3月下线,并计划2015年起大批量生产。这表明燃料电池已从实验室真正走向产业化,与锂电池相比,它更具有零污染。
美国能源部在对外表示,韩国汽车制造商现代汽车、德国汽车
商氢燃料电池奔驰、日本车企日产汽车和丰田汽车已经与该部门达成了,将准备推出首轮氢动力汽车。这一公共部门与私人企业合作模式将会把关注的重点放在氢能源基础设施的构建上,且将会把这个命名为H2USA。
韩国现代汽车在蔚山工厂举行了氢燃料电池电动车量产仪式,从本月末起将正式生产途胜ix氢燃料电池。2014年,韩国最大的独立发电商POSCO负责运营的世界最大氢燃料电厂落户韩国。目前,POSCO和电池供应商FuelCell还在计划打造另一个燃料电池发电项目,在首尔市快速公交公司经营的铁路附近,建设一个装机19.6兆瓦的项目,由7个2.8兆瓦的燃料电池组成,也是在供电的同时为当地供暖。据悉,首尔地区规划中的类似项目总装机量达到230兆瓦。
在欧洲层面上,、丹麦、瑞典、、英国与德国六国已经达成共同开发推广氢能源汽车的协议,各国将一同建设一个欧洲氢气设施网络,并协调能源传输。
英国政府提出,将大力发展氢燃料电池,其计划2030年之前英国氢燃料电池车保有量达到160万辆,并在2050年之前使其市场占有率达到30%-50%。
我国首辆氢燃料电池电动机车历时四年终于研制成功,可以用于工业,比如矿山牵引车。另外,08年奥运会期间我国自主研制的20辆氢燃料电池轿车投入运营,为首批获得国家上路许可证的燃料电池,同济大学参与研制。
相关个股氢燃料电池
华昌化工:年产1000吨“硼氢化钠”已经投产。其,国防军工(火箭燃料),氢电
池(主要构成原料)。公司主营化工、化工产品、化肥等。是经江苏省人民政府苏政复[2004]18&号文件《省政府关于同意变更设立江苏华昌化工股份有限公司的批复》批准,由华源化工整体变更设立的股份。品牌知名度日益提高。公司陆续通过了质量管理体系认证、环境管理体系认证和职业健康管理体系认证,公司主要产品纯碱获苏州市“名牌产品”称号,复合肥获市、江苏省“质量信得过产品”与“国家免检产品”的称号。“全国农化服务中心”、全国氮肥行业合成氨产量、尿素产量、行业主营业50强。
同济科技:参股公司中科同力主要致力于质子交换膜燃料电池关键材料与部件研发,公司是控股的上市企业,在上海、山东等地有全资、控股、参股公司30多家。公司在土建技术和住宅科技方面力强,拥有、工程承包、施工等专业的高级经营资质,参与了一系列国家重点工程级建设部住宅示范小区建设,获得众多国家鲁班奖、建设部金奖。此外,公司还涉足了包括IT、教育、机电和化工等。
长城电工:参股公司新源动力主要从事质子交换膜燃料电池开发,公司主要从事发电、配电及控制等成套系列产品的开发与销售,主导产品包括中压开关柜、低压电器元件、大中型电机等,销售区域遍布全国各省、市、,并出口到全球三十多个国家和地区同时涉足节能、燃料电池等领域。
金龙汽车:是我国新能源客车制造领域应用的主要代表,09年公司和清华大学联合研制的新一代氢燃料电池城市客车在苏州下线。公司以大、中、轻型客车的制造与销售为主导产业,先后投资建立了客车冲压、焊装、涂装、总装完整的四大工艺线,形成了集客车整车与零部件制造的金龙客车生产体系。公司整体销售规模具备优势,已成为全球最大的大中客车专业生产。
氢燃料电池发展/氢燃料电池
日,山东东岳集团向全世界宣告,自主研发的氯碱用全氟离子膜、燃料电池膜实现国产化。历经8年科研攻关,打破了美国、日本长期对该项技术的垄断。与此同时,“东岳”完成的用于制造燃料电池核心材料磺酸树脂离子膜的年产500吨的生产装置已经投产,解决了氢燃料电池生产的重大瓶颈,中国由此成为世界上第二个拥有该项技术和产业化能力的。30多年来 尖端技术一直被美日控制“别小看这张膜,它关系到我们国家的经济安全。”8月29日,东岳集团董事长张建宏介绍,全氟离子膜是氯碱行业和未来新能源利用的关键材料,被称为化学工业“皇冠上的明珠”,谁摘下了它,谁就掌握了战略“制高点”。上世纪60年代,美国杜邦公司开始,15年后研发成功。日本旭硝子公司从杜邦交换到部分生产权,但没有自主知识产权。30多年来,这一世界尖端技术一直控制在美国、日本两国手中。离子膜,一直是中国人的一个“心结”。中国一直对离子膜实行零关税进口。从1980年开始,中国曾将这一技术列入国家“六五”“七五”重大科技攻关计划,先后投入几亿元资金进行科技攻关。但由于基础新材料的落后和投入机制等问题,该之前一直没有研制成功,被专家称之为“人心中永远的痛”。研制攻关 美国用了15年,我们仅用8年“离子膜”的研制,美国用了15年,而中国仅用了8年。新、新一直是党和国家领导人最关注的行业。张建宏告诉记者,全氟离子膜的研发工作受到了党和国家领导人的高度关注,近3年多来,胡锦涛、温家宝、李克强、李源潮等党和国家领导人一直重视“离子膜”,亲临现场视察指导。科技部专门派人现场考察,对这个项目给予了肯定和支持:“全氟离子交换膜材料研究”项目被列为国家863计划重大,“全氟离子膜工程技术研究”被列为国家“十一五”科技支撑计划重大项目。膜为何物,事关未来能源利用离子膜的原材料是萤石,萤石主要成分是氟化钙,属不可再生的资源,是发展氟化工的源头。全球萤石资源储量约6亿吨,中国储量就占了54%,居第一。离子膜是氯碱装置的核心装置,而其中发挥关键作用的是安装在电解槽上的全氟离子膜。东岳集团称:“我们自主研制出了两张膜,一张是氯碱用离子膜,这是我们的‘争气膜’。另一张事关未来能源利用的电池膜,这是我们的‘争光膜’,燃料电池膜使我们走在了前列。”罗姆研发高能氢燃料电池明年上市&日本电子零件商罗姆与Aqua&Fairy和京都大学联合的“高能氢燃料电池”,预定将于明年春季正式上市。这种新型电池是通过氢化钙和水之间发生的化学反应产生电力,一块体积不到3立方厘米的燃料电池可以产生5瓦时的电力。可广泛用于包括智能在内的多种电子设备,或是在紧急下提供后备电力供应。像可用于iPhone的燃料电池重量只有约3克,使用则长达20年。而锂离子电池最多使用4到5年后就会,但“高能氢燃料电池”是一种化学产品,只要密封完好就可持续多年使用。适用于智能的“高能氢燃料电池”将推出两个,一种是可将手机插入其中的“覆盖型”,重30克;一种是通过USB进行连接的“外接型”,重23克。此外,还有种能为“便携发电机”提供电力的版本,重750克,能用于户外供电,并且不会产生二氧化碳等有害。罗姆同时还在研发可用于地震仪的超大容量电池。如果将仪安放在火山口等缺乏电力的自然中,通常需要重达15到20公斤的汽车电池提供电力续航。但采用燃料电池重量就可降到3到4公斤,续航时间也可长达半年。罗姆目前正在进行市场调查,计划将于明年推出能商业应用的“高能氢燃料电池”。
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材料科学与工程学报
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滨州学院学报
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贡献光荣榜氢燃料电池客车全球运行格局
作者:李公生
  中国证券网讯 能源是当今全世界共同关心的问题,处于几乎每一个主要挑战和机遇的核心。能源供应、转换、传递和使用,是导致气候变化的主要原因,在全球温室气体排放量中约占60%。降低能源碳强度,即每单位能源用量的碳排放量,是实现长远气候目标的一个关键。在全球低碳环保、节能减排压力不断加大的环境下,能够完全实现零污染、零排放的氢燃料电动汽车,被国际公认为&终极新能源汽车解决方案&。 与传统动力汽车及纯电动车相比,氢燃料电池利用氢的化学反应为汽车提供电能,氢燃料电池汽车动力更可持续,能效更高;氢燃料电池汽车的排放物只有水,实现了零碳排放,能有效减少对环境的污染,充电时间也大大缩短。  欧美日等各国都纷纷投入重金推进氢燃料电池汽车的研发,并制定了氢燃料电动汽车发展战略及规划。2010年,美国能源部制定《氢能源计划》,推动氢与电一起成为主要能源载体。2015年,美国国会向美国能源部氢和燃料电池项目拨款约1.17亿美元,推动燃料电池电动车发展。中国政府也已明确提出支持电动汽车、燃料电动汽车发展,提升动力电池、驱动电机、高效内燃机等核心技术的工程化和产业化能力,形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系,推动自主品牌节能与新能源汽车同国际先进水平接轨。2016年5月,国家发改委和国家能源局发布《能源技术革命创新行动计划(年)》和《能源技术革命重点创新行动路线图》,提出了15项重点创新任务,包括煤炭清洁高效利用技术创新、先进核能技术创新、氢能与燃料电池技术创新、先进储能技术创新、能源互联网技术创新等。  从全球氢燃料电池汽车运行情况看,目前全球正在运行的氢燃料电池客车均为各国的示范项目,均未形成产业化。  资料显示,截至目前,在欧洲,一共有84辆燃料电池大中客车已经在用和近期将投放市场示范使用,分布在8个国家的17个城市和地区,计划到2020年,欧洲将投放300-400辆燃料电池大中客车。(信息来源:罗兰贝格《燃料电池电动客车&欧洲可持续发展交通潜力》(2016《Fuel Cell Electric Buses & Potential for Sustainable Public Transport in Europe》))。  在美国,正在示范运营的燃料电池客车共24辆,分布在9个城市。美国最初规划了65辆示范燃料电池大中客车,现在仅24辆在进行示范使用。(资料来源:美国能源署国家可再生能源实验室2016年《氢燃料电池大中客车评估报告》(Hydrogen Fuel Cell Bus Evaluations)(http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_fc_bus_eval.html))  据《丰田汽车内部报告》,在日本,只有2辆燃料电池大客车在东京和中部地区示范使用。  在中国,燃料电池客车目前尚有小批量采购订单,但前期均属于示范项目,没有进入正式商业化运营。根据《APEC 2016燃料电池国际论坛》、及亿华通整理示范项目如下:2008年奥运会期间,有3辆燃料电池客车参与示范(清华与福田);2010年世博会期间,有6辆燃料电池客车参与示范。(同济3辆,清华3辆);2010年新加坡青奥会期间,2辆燃料电池客车参与示范。(清华和海格);2015年宇通燃料电池客车通过公告,但未有订单;2015年佛山飞驰宣布签署28辆燃料电池客车订单,但截至目前仅制造3辆。  近日,走在新能源汽车前列的福田欧辉客车,获百辆氢燃料电池客车订单,可谓是燃料电池客车走向市场的具有划时代意义的一单,将一直处于研发示范运营阶段的氢燃料电池电动客车推进商业化运行阶段。  据悉,相比目前主流的电动能源客车,氢燃料电池车的技术要更加复杂,主要涉及制氢技术、氢气罐(存储技术)、氢系统、电机、电控系统、电池系统等核心技术,产业链也相对更长,还包括了氢气的制取、存储、运输,以及加氢站现场储氢、制氢系统,氢气罐、高压阀以及传送管道的生产等产业链上游的氢能供应链,核心技术电堆的研发供应,燃料电池系统等。中国研究氢燃料电池动力在世界范围内并不算早,但其能够领先其他国家先实现批量生产的原因与中国的能源布局有很大关系,由工业废气制氢、太阳能和风力产生的电制氢的成本是比较低的。同时在政策支持方面,国家四大部委发布的年新能源汽车推广补贴政策明确规定,2016年燃料电池乘用车、轻型客车及货车、大中型客车及中重型货车的补贴标准分别为20万元/辆、30万元/辆、50万元/辆;在年新能源汽车补贴逐步退坡的情况下,燃料电池汽车被排除在补贴退坡车型之外。  随着氢燃料电池电动客车推广运营的逐步推进,其在配套设施等方面的建设将更趋于完善,成本也将持续降低,未来应用范围会进一步扩大。而福田欧辉凭借这笔大批量氢燃料电池电动客车订单;实现了国家863计划重点项目闭环,完成氢燃料电动客车研发制造;在全球范围内真正实现氢燃料电动客车产业化、批量商业化开发运营。同时,也对中国氢燃料电池电动客车的商业化运行有一定的示范作用。(李公生)
天夏智慧1月20日午间公告,公司实际控制人梁国坚通过其控制的广西索芙特科技股份有限公司于日至日增持公司股份318.67万股,增持均价20.09元,增持金额为6403万元,占公司总股本的0.38%。
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