電堆是燃料電池關(guān)鍵部件
電堆是中國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一,低成本、高性能、批量供應(yīng)的國產(chǎn)電堆是燃料電池汽車成本下降從而與傳統(tǒng)汽車競爭的關(guān)鍵。
從成本上看,電堆占燃料電池系統(tǒng)的成本一半,是fcv里單一價gegao的部件,隨著產(chǎn)能擴(kuò)張,未來電堆成本有望在下降50%以上;
從性能上看,電堆性能是燃料電池系統(tǒng)乃至整車性能的決定因素;
從技術(shù)上看,電堆是整個系統(tǒng)里技術(shù)含量gao部分,無論從流道設(shè)計、催化劑制備、mea合成都有相當(dāng)門檻。
電堆是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)場所,燃料電池動力系統(tǒng)核心部分。電堆工作時, 氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入,經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板,經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極,通過電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。
在燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈中,電堆處于中游核心環(huán)節(jié)。催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層組成膜電極和雙極板構(gòu)成電堆的上游。
膜電極
膜電極組件(mea)是集膜、催化層、氣體擴(kuò)散層于一體的組合件,是燃料電池的核心部件之一。目前,上已經(jīng)發(fā)展了3代mea技術(shù)路線:
把催化層制備到擴(kuò)散層上(gde),通常采用絲網(wǎng)印刷方法,其技術(shù)已經(jīng)基本成熟;
把催化層制備到膜上(ccm),與第1種方法比較,在一定程度上提高了催化劑的利用率與耐久性;
有序化mea,把催化劑如pt制備到有序化的納米結(jié)構(gòu)上,使電極呈有序化結(jié)構(gòu),有利于降低大電流密度下的傳質(zhì)阻力,進(jìn)一步提高燃料電池性能,降低催化劑用量。
質(zhì)子交換膜
質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì),起到傳導(dǎo)質(zhì)子,隔離反應(yīng)氣體的作用。
在燃料電池內(nèi)部,質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道,使得質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達(dá)陰極,與外電路的電子轉(zhuǎn)移構(gòu)成回路,向外界提供電流。
因此,質(zhì)子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用,它的好壞也直接影響電池的使用壽命。
雙極板
雙極板是由極板和流場組成。主要作用是氣體分配、集流、導(dǎo)熱和密封。
雙極板是電、熱的良導(dǎo)體,具有良好的機(jī)械性能,很好的阻氣性能,耐腐蝕性好等特點,其性能決定了燃料電池堆體積比功率和質(zhì)量比功率。
雙極板材質(zhì)主要是石墨或者合金,其流道設(shè)計和加工工藝與電池性能密切相關(guān)。
催化劑
作為氫燃料電池反應(yīng)關(guān)鍵,催化層是由催化劑和催化劑載體形成的薄層。其作用是降低反應(yīng)的活化能,促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過程、提高反應(yīng)速率。
催化劑主要采用pt/c、pt合金/c,載體材料主要是納米顆粒碳、碳納米管、碳須等。對材料要求導(dǎo)電性好,載體耐蝕,催化活性大。
氣體擴(kuò)散層
氣體擴(kuò)散層gdl通常由碳紙或者碳布組成,主要起到傳質(zhì)、導(dǎo)電、傳熱、支持催化層、導(dǎo)水的作用。gdl必須具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、合適的孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性。
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